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WO2022030574A1 - ガスセンサ、ガスセンサ集合体及び化学物質識別方法 - Google Patents

ガスセンサ、ガスセンサ集合体及び化学物質識別方法 Download PDF

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Publication number
WO2022030574A1
WO2022030574A1 PCT/JP2021/029095 JP2021029095W WO2022030574A1 WO 2022030574 A1 WO2022030574 A1 WO 2022030574A1 JP 2021029095 W JP2021029095 W JP 2021029095W WO 2022030574 A1 WO2022030574 A1 WO 2022030574A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gas sensor
sensitive portion
gas
electrode
chemical substance
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/029095
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
千晶 紫藤
陽介 花井
厚夫 中尾
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パナソニックＩｐマネジメント株式会社 filed Critical パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority to US18/017,994 priority Critical patent/US20230349850A1/en
Priority to CN202180061099.4A priority patent/CN116194762A/zh
Priority to JP2022541722A priority patent/JP7696085B2/ja
Publication of WO2022030574A1 publication Critical patent/WO2022030574A1/ja

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • G01N27/125—Composition of the body, e.g. the composition of its sensitive layer
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • G01N27/125—Composition of the body, e.g. the composition of its sensitive layer
    • G01N27/126—Composition of the body, e.g. the composition of its sensitive layer comprising organic polymers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector

Definitions

  • This disclosure relates to a gas sensor, a gas sensor aggregate, and a method for identifying a chemical substance.
  • the present disclosure provides a gas sensor or the like that can improve the identification accuracy when used for identifying chemical substances or the like.
  • the gas sensor according to one aspect of the present disclosure includes a sensitive portion and a pair of electrodes each of which is electrically connected to the sensitive portion, and the sensitive portion has a conductive material and a siloxane bond as a main chain structure.
  • the polymer has a cyano group in the side chain.
  • the gas sensor aggregate according to one aspect of the present disclosure includes a plurality of gas sensors, and at least one of the plurality of gas sensors is the gas sensor.
  • the chemical substance identification method is a chemical substance identification method using the gas sensor aggregate, and acquires a signal output from the gas sensor aggregate exposed to a gas containing the chemical substance. A step of calculating a feature amount from the acquired signal, and a step of identifying the chemical substance contained in the gas based on the calculated feature amount.
  • the identification accuracy when used for the identification of chemical substances or the like can be improved.
  • FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of a gas sensor according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the gas sensor according to the embodiment at the position shown by the line II-II in FIG.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a characteristic configuration of the gas sensor according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a plan view showing a schematic configuration of the gas sensor assembly according to the embodiment.
  • FIG. 5 is a flowchart of a chemical substance identification method using the gas sensor aggregate according to the embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing the results of thermogravimetric analysis of the adsorbent of the sensitive portion in the gas sensors of Samples 1 to 6.
  • FIG. 7 is a diagram showing the results of thermogravimetric analysis of the adsorbent of the sensitive portion in the gas sensors of Samples 7 to 13.
  • FIG. 8 is a diagram showing the detection results of the gas sensor of the sample 5.
  • FIG. 9 is a diagram showing the detection results of the gas sensor of the sample 13.
  • the sensitive portion adsorbs a chemical substance in the gas and expands, so that the electrical characteristics such as the electric resistance of the sensitive portion change.
  • the electrical characteristics such as electrical resistance using an electrode electrically connected to the sensitive portion, a chemical substance in a gas is detected.
  • Patent Document 1 discloses a chemical sensor element including a detection material containing a polysiloxane compound.
  • a polysiloxane compound is used as an adsorbent in the sensitive portion of a gas sensor as in the chemical sensor element described in the examples of Patent Document 1, for example, the adsorbent has a methyl group and a phenyl group in the side chain and the like.
  • Polysiloxane compounds having a hydrocarbon group of are used.
  • a gas sensor having a sensitive portion having a polysiloxane compound having a hydrocarbon group in the side chain as an adsorbent there are some chemical substances that are difficult to identify when the chemical substances are identified using the gas sensor.
  • the present inventors identify a chemical substance by using a gas sensor having a sensitive portion having a polysiloxane compound having a hydrocarbon group in the side chain as an adsorbent, the identification accuracy of the hydrogen bond acceptor molecule among the chemical substances Although it is high, it was found that the identification accuracy of the hydrogen bond donor molecule is low. It is considered that the accuracy of identifying chemical substances by the gas sensor is related to the magnitude of the change in electrical characteristics of the sensitive part. For example, when the interaction between the hydrogen bond donor molecule and the sensitive portion is weak, the hydrogen bond donor molecule is not easily adsorbed on the sensitive portion. As a result, it is considered that the change in the electrical characteristics of the sensitive portion becomes small, and the identification accuracy when the hydrogen bond donor molecule is identified by using the gas sensor is lowered.
  • a gas sensor capable of improving the identification accuracy by increasing the identification accuracy of the hydrogen bond donor molecule when used for the identification of a chemical substance or the like is provided.
  • the gas sensor according to one aspect of the present disclosure includes a sensitive portion and a pair of electrodes each of which is electrically connected to the sensitive portion, and the sensitive portion has a conductive material and a siloxane bond as a main chain structure.
  • the polymer has a cyano group in the side chain.
  • the gas sensor can improve the identification accuracy when it is used for identifying a chemical substance or the like.
  • the polymer may have an alkylene group located between the cyano group and the main chain in the side chain.
  • the cyano group By locating the alkylene group between the cyano group and the main chain, the cyano group can be separated from the main chain of the polysiloxane compound, so that the cyano group and the hydrogen bond donor molecule are more likely to interact with each other. Therefore, the identification accuracy when used for identification of chemical substances and the like is further improved.
  • the polymer may have a cyanopropyl group in the side chain.
  • the polymer has a biscyanopropyl polysiloxane structure, a cyanopropylmethyl-dimethylpolysiloxane structure, a biscyanopropyl-cyanopropylphenylpolysiloxane structure, a cyanopropylphenyl-dimethylpolysiloxane structure, and a cyano. It may have at least one selected from the group consisting of a propylmethyl-phenylmethylpolysiloxane structure.
  • the temperature at which the weight loss of 5% or more with respect to the weight of the polymer at 35 ° C. may be 250 ° C. or higher.
  • the thermal stability of the polymer is excellent, so that the detection accuracy of the gas sensor is less likely to deteriorate over time.
  • a detector for detecting the electric resistance of the sensitive portion may be further provided.
  • the gas sensor can detect a chemical substance by detecting the electric resistance, and the detected electric resistance can be used for identifying the chemical substance or the like.
  • the conductive material is conductive particles, and the average particle size of the conductive particles may be in the range of 10 nm or more and 300 nm or less.
  • the sensitive portion is in the form of a film.
  • the gas sensor aggregate according to one aspect of the present disclosure includes a plurality of gas sensors, and at least one of the plurality of gas sensors is the gas sensor.
  • the gas sensor aggregate includes the gas sensor, it is possible to improve the identification accuracy when it is used for identifying chemical substances and the like.
  • the chemical substance identification method is a chemical substance identification method using the gas sensor aggregate, and acquires a signal output from the gas sensor aggregate exposed to a gas containing the chemical substance. A step of calculating a feature amount from the acquired signal, and a step of identifying the chemical substance contained in the gas based on the calculated feature amount.
  • each figure is not necessarily exactly illustrated.
  • substantially the same configurations are designated by the same reference numerals, and duplicate explanations are omitted or simplified.
  • planar view means a case where the gas sensor is viewed along the thickness direction of the substrate (in other words, the normal direction with respect to the main surface of the substrate).
  • the terms “upper” and “lower” do not refer to the upward direction (for example, vertically upward) and the downward direction (for example, vertically downward) in absolute spatial recognition, but each configuration on the substrate. It is used as a term defined by the relative positional relationship based on the arrangement and configuration of the members. The same applies to the terms “upper surface” and “lower surface” of each component.
  • FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of a gas sensor according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the gas sensor according to the present embodiment at the position shown by the line II-II in FIG.
  • the gas sensor 100 includes a substrate 10, a pair of electrodes, a first electrode 20 and a second electrode 25, a sensitive portion 30, and an insulating layer 40.
  • a substrate 10 a pair of electrodes
  • a first electrode 20 and a second electrode 25 coated on the sensitive portion 30 and the insulating layer 40 are shown by broken lines.
  • the substrate 10 is a substrate that supports the first electrode 20, the second electrode 25, the insulating layer 40, and the sensitive portion 30.
  • the substrate 10 is, for example, a plate.
  • the substrate 10 has, for example, a rectangular or circular shape in a plan view. In the present embodiment, the substrate 10 has a circular shape in a plan view.
  • the material of the substrate 10 is not particularly limited as long as it can maintain the shape of the gas sensor 100.
  • the substrate 10 is, for example, a silicon substrate, a metal plate, a glass plate, a polymer film, or the like.
  • the first electrode 20 is arranged on the substrate 10.
  • the lower surface of the first electrode 20 is in contact with the upper surface of the substrate 10.
  • the shape of the first electrode 20 is not particularly limited.
  • the first electrode 20 has, for example, an arc or a ring shape in a plan view. In the present embodiment, the first electrode 20 has an arc shape and a band shape in a plan view.
  • the second electrode 25 is arranged on the substrate 10.
  • the lower surface of the second electrode 25 is in contact with the upper surface of the substrate 10.
  • the shape of the second electrode 25 is not particularly limited.
  • the second electrode 25 surrounds, for example, the first electrode 20.
  • the second electrode 25 is not in contact with the first electrode 20.
  • the second electrode 25 has, for example, an arc or a ring shape in a plan view. In the present embodiment, the second electrode 25 has an arc shape and a band shape in a plan view.
  • the second electrode 25 includes a terminal portion 25a exposed to the outside of the gas sensor 100.
  • the terminal portion 25a extends beyond the outer peripheral surface of the substrate 10 to the outside of the substrate 10.
  • the second electrode 25 does not have to have a portion extending to the outside of the substrate 10 beyond the outer peripheral surface of the substrate 10.
  • a through hole may be provided in the substrate 10, and a part of the lower surface of the second electrode 25 may be exposed to the outside of the gas sensor 100 through the through hole.
  • a part of the lower surface of the second electrode 25 corresponds to the terminal portion 25a.
  • the first electrode 20 and the second electrode 25 the first electrode 20 is electrically connected to the sensitive portion 30 through the first opening 45 described later, and the second electrode 25 is described later. It is electrically connected to the sensitive portion 30 through the second opening 46.
  • the first electrode 20 and the second electrode 25 are arranged so as to face each other with the insulating layer 40 interposed therebetween.
  • the sensitive portion 30 is arranged between the first electrode 20 and the second electrode 25 without the insulating layer 40 being arranged, and the first electrode 20 and the second electrode 25 face each other via the sensitive portion 30. May be arranged.
  • the material of the first electrode 20 and the material of the second electrode 25 are not particularly limited as long as they are conductive materials.
  • Each of the first electrode 20 and the second electrode 25 contains, for example, at least one metal selected from the group consisting of silver, gold, copper, platinum and aluminum.
  • the material of the first electrode 20 may be the same as the material of the second electrode 25.
  • each of the first electrode 20 and the second electrode 25 is not limited to the shape of an arc in a plan view, and may be, for example, a rod shape having an elongated rectangular shape in a plan view, or a comb tooth in a plan view. It may be in shape.
  • the shape of each of the first electrode 20 and the second electrode 25 is the shape of a comb tooth in a plan view, for example, in the first electrode 20 and the second electrode 25, the other comb is placed between one comb tooth.
  • the teeth may be located.
  • the sensitive portion 30 is an adsorption layer arranged above the substrate 10 so as to cover the first electrode 20, the second electrode 25, and the insulating layer 40.
  • the sensitive unit 30 is composed of a member whose electrical characteristics such as electric resistance change by adsorbing a chemical substance such as a volatile organic compound in a gas.
  • the sensitive portion 30 covers the entire upper surface and the entire side surface of the insulating layer 40.
  • the sensitive portion 30 may only partially cover the upper surface and the side surface of the insulating layer 40.
  • the sensitive portion 30 may cover the entire upper surface of the substrate 10 or may partially cover the upper surface of the substrate 10.
  • the sensitive portion 30 may or may not be in contact with the substrate 10.
  • the sensitive portion 30 is in contact with the first electrode 20 through the first opening 45, and is in contact with the second electrode 25 through the second opening 46. Therefore, when a voltage is applied to the first electrode 20 and the second electrode 25, a current flows through the sensitive portion 30. This makes it possible to detect electrical characteristics such as the electrical resistance of the sensitive portion 30.
  • the sensitive portion 30 is, for example, in the form of a film. As a result, when a chemical substance is adsorbed on the sensitive portion 30, the electrical characteristics are likely to change.
  • the surface of the sensitive portion 30 opposite to the substrate 10 side, that is, the upper surface of the sensitive portion 30, is exposed.
  • the upper surface of the sensitive portion 30 is, for example, a flat flat surface, but may be a curved surface.
  • the thickness of the sensitive portion 30 is determined according to the type of gas to be detected, the composition of the sensitive portion 30, and the like.
  • the thickness of the sensitive portion 30 is, for example, in the range of 0.1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the shape of the sensitive portion 30 is not particularly limited.
  • the sensitive portion 30 has, for example, the shape of a circle or a ring in a plan view. In the present embodiment, the sensitive portion 30 has a ring shape in a plan view. Further, the sensitive portion 30 may be porous. The area of the sensitive portion 30 in a plan view is, for example, in the range of 0.002 mm 2 or more and 50 mm 2 or less.
  • the sensitive portion 30 has a conductive material and a polysiloxane compound as an adsorbent.
  • the polysiloxane compound is an example of a polymer. Since the sensitive portion 30 has the conductive material, an electric current can be passed through the sensitive portion 30. By passing an electric current through the sensitive unit 30, it is possible to detect electrical characteristics such as the electrical resistance of the sensitive unit 30.
  • the conductive material is dispersed in the adsorbent.
  • the conductive material contained in the sensitive portion 30 is, for example, particles of the conductive material (that is, conductive particles).
  • the average particle size of the particles of the conductive material may be in the range of 10 nm or more and 300 nm or less.
  • the "average particle size" can be measured by the following method. The surface or cross section of the sensitive portion 30 is observed with an electron microscope, and the diameter of an arbitrary number of particles (for example, 50 particles) contained in the sensitive portion 30 is measured. The average particle size is determined by the average value calculated using the obtained measured values. The diameter of a circle having an area equal to the area of the particles observed with an electron microscope can be regarded as the particle size.
  • the conductive material may be a conductive material having a shape other than particles, such as fibers of the conductive material.
  • the conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity.
  • the conductive material includes, for example, at least one selected from the group consisting of carbon materials, conductive polymers, metal materials, metal oxides, semiconductor materials, superconductors and complex compounds.
  • the carbon material comprises, for example, at least one selected from the group consisting of carbon black, graphite, coke, carbon nanotubes, graphene and fullerenes.
  • the conductive polymer comprises, for example, at least one selected from the group consisting of polyaniline, polythiophene, polypyrrole and polyacetylene.
  • the metallic material comprises, for example, at least one selected from the group consisting of silver, gold, copper, platinum and aluminum.
  • the metal oxide contains, for example, at least one selected from the group consisting of indium oxide, tin oxide, tungsten oxide, zinc oxide and titanium oxide.
  • the semiconductor material comprises, for example, at least one selected from the group consisting of silicon, gallium arsenide, indium phosphide and molybdenum sulfide.
  • the superconductor contains, for example, at least one selected from the group consisting of YBa 2 Cu 3 O 7 and Tl 2 Ba 2 Ca 2 Cu 3 O 10 .
  • the complex compound is, for example, a complex compound of tetramethylparaphenylenediamine and chloranyl, a complex compound of tetracyanoquinodimethane and an alkali metal, a complex compound of tetrathiafulvalene and halogen, and a complex compound of iridium and halocarbonyl compound. , And at least one selected from the group consisting of tetracyanoquinodiplat.
  • the conductive material contains, for example, carbon black.
  • the electrical characteristics such as the electrical resistance of the sensitive portion 30 are likely to change. Therefore, when the gas sensor 100 is used for identifying chemical substances, the identification accuracy can be improved.
  • the ratio of the weight of the conductive material to the weight of the sensitive portion 30 may be any ratio as long as the electric current can be passed through the sensitive portion 30 by a pair of electrodes by connecting the conductive materials, for example, 0.05 or more and 0.95. It may be in the following range, and may be in the range of 0.25 or more and 0.95 or less. As a result, a current easily flows from the first electrode 20 or the second electrode 25 to the sensitive portion 30. Therefore, the electrical characteristics such as the electrical resistance of the sensitive portion 30 can be easily detected.
  • the polysiloxane compound adsorbs chemical substances such as volatile organic compounds in the gas.
  • the volume of the sensitive portion 30 changes as the polysiloxane compound adsorbs the chemical substances in the gas.
  • the polysiloxane compound has a siloxane bond as a main chain structure. That is, the polysiloxane compound has a polysiloxane structure as a main chain structure.
  • the polysiloxane compound may have a linear polysiloxane structure as a main chain structure.
  • the polysiloxane compound has a cyano group in the side chain. Since the cyano group is a hydrogen bond acceptor, the cyano group easily interacts with the hydrogen bond donor molecule, and when the gas contains the hydrogen bond donor molecule, the electrical characteristics such as the electric resistance of the sensitive portion 30 change. It will be easier. Therefore, it is possible to improve the identification accuracy when the gas sensor 100 is used to identify a chemical substance or the like.
  • the hydrogen bond donor molecule is, for example, a molecule having hydrogen that can be hydrogen bonded.
  • the hydrogen bond donor molecule is, for example, an organic compound having at least one of an OH bond, an NH bond and an SH bond.
  • the polysiloxane compound has an alkylene group located between the cyano group and the main chain of the polysiloxane compound in the side chain.
  • one end of the alkylene group is bonded to the silicon atom of the main chain of the polysiloxane compound, and the other end of the alkylene group is bonded to the cyano group.
  • the cyano group can be separated from the main chain of the polysiloxane compound, so that the cyano group and the hydrogen bond donor molecule are more likely to interact with each other.
  • the main chain of the linear polysiloxane structure has a spiral structure, and the side chains of the polysiloxane compound are outside the spiral structure.
  • the polysiloxane compound has a linear polysiloxane structure as a main chain structure and an alkylene group in the side chain, the cyano group is further extended to the outside of the spiral structure, so that the cyano group is hydrogen-bonded. It becomes easier to interact with the donor molecule.
  • the polysiloxane compound does not have to have an alkylene group in the side chain.
  • the carbon number of the alkylene group is 1 or more, may be 1 or more and 10 or less, or may be 2 or more and 5 or less. Further, the number of carbon atoms of the alkylene group may be 3. That is, the polysiloxane compound may have a cyanopropyl group in the side chain. As a result, the distance between the main chain and the cyano group in the polysiloxane compound is appropriately maintained, so that the gas sensor has both the stability of the polysiloxane compound and the identification accuracy when used for identification of chemical substances and the like. 100 can be realized.
  • Examples of the siloxane structure (repeating unit structure in the polysiloxane structure) contained in the polysiloxane compound having such a side chain include a biscyanopropylsiloxane structure, a cyanopropylmethyl structure, and a cyanopropylphenylsiloxane structure. Be done.
  • the polysiloxane compound may have at least a cyano group and an alkylene group in a part of the side chain, and the polysiloxane compound has another substituent such as a hydrocarbon group in a part of the side chain. May have. Further, at least one hydrogen atom of the alkylene group may be substituted with a substituent such as a functional group containing a hydrocarbon group or a hetero element, or an atom other than the hydrogen atom such as a halogen atom.
  • the polysiloxane compound having a cyano group and an alkylene group in such a side chain include a biscyanopropyl polysiloxane structure, a cyanopropylmethyl-dimethylpolysiloxane structure, and a biscyanopropyl-cyanopropylphenylpoly. It may have at least one selected from the group consisting of a siloxane structure, a cyanopropylphenyl-dimethylpolysiloxane structure, and a cyanopropylmethyl-phenylmethylpolysiloxane structure.
  • the sensitive portion 30 can be realized by the polysiloxane compound which is easy to synthesize.
  • cyanopropylmethyl-dimethylpolysiloxane structure means a polysiloxane structure of a copolymer of cyanopropylmethylsiloxane and dimethylsiloxane, and the same applies to other polysiloxane structures.
  • the copolymer may be a random copolymer, a block copolymer, or an alternate copolymer.
  • the polysiloxane compound may be a commercially available material. Further, the polysiloxane compound may be synthesized by polymerizing alkoxysilanes such as dialkoxysilane, which is a unit of siloxane bond of the polysiloxane compound, by a condensation reaction.
  • alkoxysilanes such as dialkoxysilane
  • the temperature at which the weight loss of 5% or more with respect to the weight of the polysiloxane compound at 35 ° C. may be 250 ° C. or higher.
  • the thermal stability of the polysiloxane compound is excellent, so that the detection accuracy of the gas sensor 100 is less likely to deteriorate over time, for example, noise in the detection signal is less likely to increase.
  • the sensitive portion 30 is heated in the drying of the solvent in the formation of the sensitive portion 30, the sensitive portion 30 is less likely to deteriorate, and the detection accuracy of the gas sensor 100 can be improved.
  • the temperature at which a weight loss of 5% or more occurs with respect to the weight of the polysiloxane compound at 35 ° C. is 300. It may be above ° C.
  • the thermogravimetric analysis is performed, for example, using a thermogravimetric analyzer under the condition that the temperature is raised from 35 ° C. to 400 ° C. at a heating rate of 10 ° C./min in an atmospheric atmosphere.
  • the ratio of the weight of the polysiloxane compound to the weight of the sensitive portion 30 is determined according to the type of gas to be detected, the type of conductive material, and the like.
  • the ratio of the weight of the polysiloxane compound to the weight of the sensitive portion 30 may be in the range of 0.05 or more and 0.95 or less.
  • the sensitive unit 30 may have an adsorbent that adsorbs chemical substances in the gas, in addition to the polysiloxane compound.
  • Examples of the adsorbent other than the polysiloxane compound include commercially available materials as a stationary phase of a gas chromatography column.
  • the adsorbent other than the polysiloxane compound contains, for example, at least one selected from the group consisting of polymer materials and small molecule materials.
  • the organic adsorbent is, for example, at least one selected from the group consisting of polyalkylene glycols, polyesters, silicones other than the polysiloxane compounds exemplified above, glycerols, nitriles, dicarboxylic acid monoesters and aliphatic amines. Including one.
  • Polyalkylene glycols include, for example, polyethylene glycol.
  • the polyesters include, for example, at least one selected from the group consisting of poly (diethylene glycol adipate) and poly (ethylene succinate).
  • the silicones are at least selected from the group consisting of, for example, dimethylpolysiloxane, phenylmethylpolysiloxane, diphenylpolysiloxane, phenylmethyl-dimethylpolysiloxane, phenylmethyl-diphenylpolysiloxane, trifluoropropylmethylpolysiloxane and cyanopolysiloxane. Includes one.
  • Glycerols include, for example, diglycerols.
  • Nitriles include, for example, at least one selected from the group consisting of N, N-bis (2-cyanoethyl) formamide and 1,2,3-tris (2-cyanoethoxy) propane.
  • the dicarboxylic acid monoesters include, for example, at least one selected from the group consisting of nitroterephthalic acid modified polyethylene glycol and diethylene glycol succinate.
  • Aliphatic amines include, for example, tetrahydroxyethylethylenediamine.
  • the sensitive unit 30 may further contain an additive.
  • the additive include a dispersant for improving the dispersibility of the conductive material.
  • the ratio of the weight of the polysiloxane compound to the weight of the sensitive portion 30 excluding the conductive material may be 0.85 or more, or 0.95 or more.
  • the insulating layer 40 covers each of the first electrode 20 and the second electrode 25.
  • the insulating layer 40 is in contact with each of the first electrode 20 and the second electrode 25.
  • the insulating layer 40 may cover the entire upper surface of the substrate 10.
  • the insulating layer 40 may partially cover the upper surface of the substrate 10.
  • the insulating layer 40 has a first opening 45 and a second opening 46.
  • the first opening 45 exposes a part of the surface of the first electrode 20.
  • the first opening 45 overlaps the first electrode 20 in a plan view.
  • the entire first opening 45 overlaps the first electrode 20 in a plan view.
  • the first opening 45 penetrates the insulating layer 40 in the thickness direction. Except for the first opening 45, the insulating layer 40 covers the entire upper surface and the entire side surface of the first electrode 20.
  • the insulating layer 40 may have a plurality of first openings 45.
  • the number of the plurality of first openings 45 is not particularly limited.
  • the second opening 46 exposes a part of the surface of the second electrode 25.
  • the second opening 46 overlaps the second electrode 25 in a plan view.
  • the entire second opening 46 overlaps the second electrode 25 in a plan view.
  • the second opening 46 penetrates the insulating layer 40 in the thickness direction. Except for the second opening 46, the insulating layer 40 covers the entire upper surface and the entire side surface of the second electrode 25.
  • the insulating layer 40 may have a plurality of second openings 46.
  • the number of the plurality of second openings 46 is not particularly limited.
  • the shapes of the first opening 45 and the second opening 46 are not particularly limited. Each of the first opening 45 and the second opening 46 has, for example, a circular or rectangular shape in a plan view.
  • the pair of electrodes, the first electrode 20 and the second electrode 25, are each coated with the insulating layer 40 and electrically reach the sensitive portion 30 via the first opening 45 and the second opening 46, respectively. Connected to.
  • the first electrode 20 and the second electrode 25 are covered with the insulating layer 40 in this way, the number of current paths in the sensitive section 30 is reduced, so that the sensitive section 30 is detected by the change in the current path. Electrical characteristics such as electrical resistance change more significantly.
  • the material of the insulating layer 40 is not particularly limited as long as it has an insulating property.
  • the material of the insulating layer 40 includes, for example, at least one selected from the group consisting of insulating polymer materials, ceramics and glass.
  • Insulating polymer materials include, for example, polyethylene, polypropylene, polystyrene, polybutadiene, epoxy resin, fluororesin, polyvinyl chloride, polymethyl methacrylate, polyamide, polyimide, polycarbonate, cellulose acetate, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, poly.
  • the ceramics include, for example, at least one selected from the group consisting of SiO 2 , Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , Zr 2 O 3 and MgO.
  • the gas sensor 100 does not have to be provided with the insulating layer 40.
  • the upper surface and the side surface of each of the first electrode 20 and the second electrode 25 are in contact with the sensitive portion 30 and covered.
  • the gas sensor 100 may further include a first wall portion 11.
  • the first wall portion 11 surrounds the surface of the substrate 10.
  • the first wall portion 11 has a ring shape in a plan view.
  • the first wall portion 11 extends upward from the substrate 10 (in the thickness direction of the substrate 10).
  • the surface of the substrate 10 surrounded by the first wall portion 11 has, for example, a circular shape.
  • the first wall portion 11 is connected to the outer peripheral edge of the substrate 10.
  • the first wall portion 11 may be integrated with the substrate 10. In other words, the first wall portion 11 may be a part of the substrate 10.
  • the first wall portion 11 extends upward from the sensitive portion 30.
  • the inner peripheral surface of the first wall portion 11 is in contact with the sensitive portion 30.
  • the gas sensor 100 may further include a second wall portion 12.
  • the second wall portion 12 extends upward from a part of the surface of the substrate 10.
  • the shape of the second wall portion 12 is, for example, a cylinder or a cylinder.
  • the second wall portion 12 is connected to a part of the surface of the substrate 10.
  • the second wall portion 12 may be integrated with the substrate 10. In other words, the second wall portion 12 may be a part of the substrate 10.
  • the second wall portion 12 is surrounded by the first electrode 20 and the second electrode 25.
  • the second wall portion 12 extends upward from the sensitive portion 30.
  • the outer peripheral surface of the second wall portion 12 is in contact with the sensitive portion 30.
  • the sensitive portion 30 is arranged between the first wall portion 11 and the second wall portion 12.
  • Each of the material of the first wall portion 11 and the material of the second wall portion 12 is not particularly limited.
  • Each of the material of the first wall portion 11 and the material of the second wall portion 12 may have hydrophobicity.
  • Each of the material of the first wall portion 11 and the material of the second wall portion 12 contains, for example, a hydrophobic polymer material.
  • the hydrophobic polymer material includes, for example, at least one selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, polystyrene, polybutadiene, epoxy resin and fluororesin.
  • the material of the first wall portion 11 may be the same as the material of the second wall portion 12.
  • Each of the material of the first wall portion 11 and the material of the second wall portion 12 may be the same as the material of the substrate 10.
  • each of the first electrode 20 and the second electrode 25 is arranged on the substrate 10.
  • the method of arranging each of the first electrode 20 and the second electrode 25 on the substrate 10 is not particularly limited.
  • each of the first electrode 20 and the second electrode 25 can be arranged on the substrate 10.
  • the method for depositing metal include a sputtering method, an ion plating method, an electron beam vapor deposition method, a vacuum vapor deposition method, a chemical vapor deposition method, and a chemical vapor deposition method.
  • the method for producing the insulating layer 40 is not particularly limited.
  • the insulating layer 40 can be produced, for example, by the following method.
  • the dispersion is obtained by dispersing an insulating polymer material in a coating solvent.
  • the coating solvent comprises, for example, at least one selected from the group consisting of water and organic solvents.
  • a dispersion liquid is applied on the substrate 10 in a desired pattern so as to cover each of the first electrode 20 and the second electrode 25 to form a coating film.
  • Examples of the method for forming the coating film include a printing method. By drying the coating film, a precursor layer of the insulating layer 40 is formed.
  • the first opening 45 and the second opening 46 are formed in the precursor layer of the insulating layer 40.
  • the insulating layer 40 can be manufactured.
  • the method for forming the first opening 45 and the second opening 46 is not particularly limited.
  • the first opening 45 and the second opening 46 can be formed, for example, by irradiating the precursor layer of the insulating layer 40 with an ion beam.
  • the first opening 45 and the second opening 46 can also be formed, for example, by etching the precursor layer of the insulating layer 40.
  • the sensitive part 30 is produced.
  • a coating liquid containing a conductive material and a polysiloxane compound is prepared.
  • the coating liquid is obtained by dispersing a conductive material and a polysiloxane compound in a coating solvent. Further, from the viewpoint of forming a homogeneous coating film, the polysiloxane compound may be dissolved in a coating solvent. Further, the conductive material may be dissolved in a coating solvent.
  • the coating solvent in the preparation of the sensitive portion 30 includes, for example, at least one selected from the group consisting of water and an organic solvent.
  • the organic solvent includes, for example, at least one selected from the group consisting of dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, toluene, chloroform, acetone, acetonitrile, methanol, ethanol, isopropanol, tetrahydrofuran, ethyl acetate, butyl acetate and hexyl acetate.
  • the coating liquid is applied onto the insulating layer 40 to form a coating film.
  • the sensitive portion 30 is formed.
  • the coating film is dried by heating it to, for example, 50 ° C. or higher and 200 ° C. or lower.
  • the sensitive portion 30 formed by the above method usually has a uniform thickness in the circumferential direction of the surface of the substrate 10.
  • the first electrode 20 and the second electrode 25 have an arc or a ring shape in a plan view. Therefore, the sensitive portion 30 has a uniform thickness along the first electrode 20.
  • the sensitive portion 30 has a uniform thickness along the second electrode 25. As a result, the electrical resistance of the sensitive portion 30 can be stably detected.
  • the dispersion liquid can be uniformly applied. That is, the thickness of the sensitive portion 30 can be made uniform.
  • the surface tension generated between the dispersion liquid and each of the first wall portion 11 and the second wall portion 12 is low. Therefore, the thickness of the sensitive portion 30 can be made more uniform.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a characteristic configuration of the gas sensor 100. As shown in FIG. 3, the gas sensor 100 may further include a detector 60.
  • the detector 60 is, for example, an electric resistance meter. Each of the terminal portion 20a of the first electrode 20 and the terminal portion 25a of the second electrode 25 is connected to the detector 60.
  • the detector 60 can apply a voltage to the first electrode 20 and the second electrode 25, for example.
  • the detector 60 detects (in other words, measures) the electrical resistance of the sensitive unit 30 based on the current flowing through the sensitive unit 30.
  • the detector 60 outputs, for example, the detected result as a detection signal to an external device.
  • the detector 60 may have a display unit such as a display or a meter that displays the detection result.
  • the gas sensor 100 In the detection of chemical substances using the gas sensor 100, first, the gas sensor 100 is placed in a gas atmosphere.
  • the gas contains, for example, a chemical substance containing at least one selected from the group consisting of volatile organic compounds and inorganic gases.
  • volatile organic compounds include ketones, amines, alcohols, aromatic hydrocarbons, aldehydes, esters, organic acids, methyl mercaptans, disulfides and pyrroles.
  • the inorganic gas include hydrogen sulfide, sulfur dioxide, carbon disulfide and the like.
  • the polysiloxane compound in the sensitive portion 30 adsorbs the chemical substance.
  • the volume of the sensitive portion 30 changes. Specifically, the sensitive portion 30 expands or contracts.
  • the path of the electric current changes due to the change in the positional relationship between the conductive materials, and the electrical characteristics such as electric resistance change.
  • the sensitive portion 30 adsorbs a chemical substance
  • the sensitive portion 30 expands, the contact between the conductive materials decreases, and the electric resistance of the sensitive portion 30 increases.
  • the detector 60 detects electrical characteristics such as the electrical resistance of the sensitive unit 30.
  • the gas sensor 100 can detect chemical substances in the gas.
  • the gas sensor 100 does not have to include the detector 60, and by connecting the terminal portion 20a of the first electrode 20 and the terminal portion 25a of the second electrode 25 to an external detector, as described above.
  • the chemical substance in the gas may be detected.
  • the substrate 210 is, for example, a plate.
  • the substrate 210 has, for example, a rectangular shape in a plan view.
  • the substrate 210 has two pairs of paired end faces facing each other.
  • a plurality of the above gas sensors 100 are arranged on the substrate 210.
  • the sensitive portion 30 of each of at least two gas sensors 100 selected from the plurality of gas sensors 100 may be made of different materials. Specifically, the types of polysiloxane compounds contained in the sensitive portions 30 of each of at least two gas sensors 100 selected from the plurality of gas sensors 100 may be different from each other. Further, the types of the polysiloxane compounds contained in the sensitive portions 30 of all the plurality of gas sensors 100 may be different from each other. In this case, two or more gas sensors 100 having a sensitive portion 30 containing polysiloxane compounds of different types behave differently from each other with respect to a specific chemical substance.
  • a chemical substance that is not easily adsorbed by a specific gas sensor 100 is easily adsorbed by another gas sensor 100. This makes it possible to improve the identification accuracy when the gas sensor aggregate 200 (that is, a plurality of gas sensors 100) is used for identifying chemical substances and the like.
  • the plurality of gas sensors provided in the gas sensor assembly 200 may include at least one gas sensor 100.
  • the gas sensor assembly 200 may include, in addition to the gas sensor 100, a gas sensor having a sensitive portion having an adsorbent other than the polysiloxane compound instead of the above-mentioned polysiloxane compound of the gas sensor 100.
  • the adsorbent other than the polysiloxane compound include adsorbents other than the polysiloxane compound exemplified above.
  • FIG. 5 is a flowchart of a chemical substance identification method using the gas sensor aggregate 200 according to the present embodiment.
  • the feature amount to be used for identifying the chemical substance is calculated (step S13). Specifically, the feature amount of the time-dependent change data corresponding to each of the plurality of gas sensors 100 is calculated from the acquired time-related change data.
  • the feature amount is, for example, the difference or ratio between the electric resistance while the chemical substance is mixed and the electric resistance while the chemical substance is not mixed.
  • the feature amount is not limited to the difference or ratio of the electric resistance, but the amount of change in the electric resistance per hour when the mixing of the chemical substance is started or the mixing of the chemical substance is finished, that is, the electricity in the time-dependent change data. It may be the slope of resistance.
  • a feature amount based on the waveform of the time-varying data obtained when a chemical substance is mixed may be used.
  • a value such as voltage or current may be used for calculating the feature amount instead of the electric resistance.
  • the number of feature quantities to be calculated is not particularly limited, and may be one for each gas sensor 100 or a plurality for each gas sensor 100.
  • a feature amount relating to the change in the electrical characteristics of the sensitive portion 30 of the gas sensor 100 due to the mixing of the chemical substance can be used.
  • the chemical substances contained in the gas are identified based on the feature amount calculated in step S13 (step S14).
  • a feature amount calculated from time-dependent change data which is a detection result of a gas sensor aggregate 200 that is, a feature amount corresponding to each of a plurality of gas sensors 100.
  • the logical model is a trained logical model learned in advance by machine learning.
  • the logical model outputs, for example, which of the plurality of chemical substances to be identified is the identification result.
  • the plurality of chemical substances to be identified include, for example, hydrogen bond donor molecules.
  • the logical model used for identifying chemical substances is constructed by machine learning using features calculated for known chemical substances, for example, using a computer or the like. For example, for each of the plurality of chemical substances to be identified, the feature amount corresponding to each of the plurality of gas sensors 100 is calculated by the same method as in step S13. That is, for each chemical substance, the feature amount is calculated by the number of the plurality of gas sensors 100. Then, a logical model is constructed by performing machine learning using the calculated features as explanatory variables for the teacher data.
  • the method used to build a logical model in machine learning is not particularly limited. For example, a random forest is used to build a logical model in machine learning. Neural networks, support vector machines or self-organizing maps may be used to build logical models in machine learning.
  • the method for identifying chemical substances is not limited to the above method, and may be a method using discriminant analysis other than machine learning such as cluster analysis, genetic algorithm, and k-means method. Further, the above-mentioned identification method may be applied to odor identification or intensity detection using the gas sensor assembly 200.
  • the gas sensor assembly 200 may include a processing unit that performs processing from step S12 to step S14.
  • the processing unit is realized by a microcomputer or a processor having a built-in program for performing the above processing.
  • one or more gas sensors 100 may be used to identify the chemical substance by the above-mentioned method.
  • sample 1 The gas sensor of sample 1 was manufactured so as to have the same structure as the gas sensor 100 shown in FIGS. 1 and 2. Specifically, first, each of the first electrode and the second electrode was arranged on a substrate having a circular plan view shape. Platinum was used for each of the first electrode and the second electrode, and a silicon substrate was used as the substrate.
  • each of the first electrode and the second electrode was covered with a precursor layer of an insulating layer.
  • SiO 2 was used as the material for the precursor layer.
  • An insulating layer was made by providing the precursor layer with four first openings and four second openings. Each of the first opening and the second opening had a circular shape in a plan view. The diameters of the first opening and the second opening in a plan view were 5 ⁇ m, respectively.
  • a coating liquid containing a conductive material and an adsorbent as a material for the sensitive portion was applied to the insulating layer in a circular shape to form a coating film.
  • Acetic acid hexyl and dimethylformamide were used as the solvent of the coating liquid.
  • Carbon black was used as the conductive material.
  • cyanopropylmethyl-dimethylpolysiloxane (trade name OV-105, manufactured by GL Sciences, Inc.), which is a polysiloxane compound having a cyanopropyl group in the side chain, was used.
  • the sensitive portion was formed by drying the coating film at 140 ° C.
  • the ratio of the weight of the conductive material to the weight of the sensitive portion was 0.5.
  • the diameter of the sensitive portion was 900 ⁇ m. In this way, the gas sensor of sample 1 was obtained.
  • Example 2 The same method as sample 1 except that cyanopropylphenyl-dimethylpolysiloxane (trade name OV-1701, manufactured by GL Sciences), which is a polysiloxane compound having a cyanopropyl group in the side chain, was used as an adsorbent for the sensitive portion. A gas sensor was produced and a gas sensor of sample 2 was obtained.
  • cyanopropylphenyl-dimethylpolysiloxane (trade name OV-1701, manufactured by GL Sciences), which is a polysiloxane compound having a cyanopropyl group in the side chain
  • Example 3 Same as sample 1 except that cyanopropylmethyl-phenylmethylpolysiloxane (trade name OV-225, manufactured by GL Science Co., Ltd.), which is a polysiloxane compound having a cyanopropyl group in the side chain, was used as an adsorbent for the sensitive portion.
  • a gas sensor was produced by the method, and a gas sensor of sample 3 was obtained.
  • Example 5 By the same method as in Sample 1, except that biscyanopropyl polysiloxane (trade name SP-2340, manufactured by Sigma-Aldrich), which is a polysiloxane compound having a cyanopropyl group in the side chain, was used as an adsorbent for the sensitive portion. , A gas sensor was prepared, and a gas sensor of sample 5 was obtained.
  • biscyanopropyl polysiloxane trade name SP-2340, manufactured by Sigma-Aldrich
  • Example 6 By the same method as in Sample 1, except that biscyanopropyl polysiloxane (trade name OV-275, manufactured by GL Sciences, Inc.), which is a polysiloxane compound having a cyanopropyl group in the side chain, was used as an adsorbent for the sensitive portion. A gas sensor was prepared, and a gas sensor of sample 6 was obtained.
  • biscyanopropyl polysiloxane trade name OV-275, manufactured by GL Sciences, Inc.
  • Example 7 By the same method as in Sample 1, except that dimethylpolysiloxane (trade name OV-101, manufactured by GL Sciences, Inc.), which is a polysiloxane compound having a side chain composed of a hydrocarbon group, was used as an adsorbent for the sensitive portion. A gas sensor was prepared, and a gas sensor of sample 7 was obtained.
  • dimethylpolysiloxane trade name OV-101, manufactured by GL Sciences, Inc.
  • Example 8 Except for using phenylmethyl-dimethylpolysiloxane (manufactured by GL Science Co., Ltd., phenyl ratio 10%, trade name OV-3), which is a polysiloxane compound whose side chain is composed of hydrocarbon groups, as an adsorbent for the sensitive portion. , A gas sensor was produced by the same method as in Sample 1, and a gas sensor in Sample 8 was obtained.
  • phenylmethyl-dimethylpolysiloxane manufactured by GL Science Co., Ltd., phenyl ratio 10%, trade name OV-3
  • Example 9 Except for using phenylmethyl-dimethylpolysiloxane (manufactured by GL Science Co., Ltd., phenyl ratio 20%, trade name OV-7), which is a polysiloxane compound whose side chain is composed of hydrocarbon groups, as an adsorbent for the sensitive portion. , A gas sensor was produced by the same method as in Sample 1, and a gas sensor in Sample 9 was obtained.
  • phenylmethyl-dimethylpolysiloxane manufactured by GL Science Co., Ltd., phenyl ratio 20%, trade name OV-7
  • Example 10 Except for using phenylmethyl-dimethylpolysiloxane (manufactured by GL Science Co., Ltd., phenyl ratio 50%, trade name OV-17), which is a polysiloxane compound whose side chain is composed of hydrocarbon groups, as an adsorbent for the sensitive portion. , A gas sensor was produced by the same method as in Sample 1, and a gas sensor in Sample 10 was obtained.
  • phenylmethyl-dimethylpolysiloxane manufactured by GL Science Co., Ltd., phenyl ratio 50%, trade name OV-17
  • Example 11 Except for using phenylmethyl-diphenylpolysiloxane (manufactured by GL Science Co., Ltd., phenyl ratio 65%, trade name OV-22), which is a polysiloxane compound whose side chain is composed of hydrocarbon groups, as an adsorbent for the sensitive portion. , A gas sensor was produced by the same method as in Sample 1, and a gas sensor in Sample 11 was obtained.
  • phenylmethyl-diphenylpolysiloxane manufactured by GL Science Co., Ltd., phenyl ratio 65%, trade name OV-22
  • Example 12 Except for using phenylmethyl-diphenylpolysiloxane (manufactured by GL Science Co., Ltd., phenyl ratio 75%, trade name OV-25), which is a polysiloxane compound whose side chain is composed of hydrocarbon groups, as an adsorbent for the sensitive portion. , A gas sensor was produced by the same method as in Sample 1, and a gas sensor in Sample 12 was obtained.
  • phenylmethyl-diphenylpolysiloxane manufactured by GL Science Co., Ltd., phenyl ratio 75%, trade name OV-25
  • thermogravimetric analysis Thermogravimetric analysis was performed on the adsorbent of the sensitive part in the gas sensors of Samples 1 to 13. Specifically, thermogravimetric analysis was performed using a thermogravimetric analyzer under the condition of raising the temperature from 35 ° C. to 400 ° C. at a heating rate of 10 ° C./min in an atmospheric atmosphere.
  • FIG. 6 shows the results of thermogravimetric analysis of the adsorbent of the sensitive portion in the gas sensors of Samples 1 to 6.
  • FIG. 7 shows the results of thermogravimetric analysis of the adsorbent of the sensitive portion in the gas sensors of Samples 7 to 13.
  • the horizontal axis indicates the temperature
  • the vertical axis indicates the weight ratio to the weight of the adsorbent at 35 ° C.
  • the temperature at which the weight is reduced by 5% or more with respect to the weight of the adsorbent at 35 ° C. is 250. It was above ° C.
  • the temperature at which the weight was reduced by 5% or more with respect to the weight of the adsorbent at 35 ° C was less than 250 ° C.
  • a detector that detects the electric resistance was connected to the gas sensor, and the detection signal of the electric resistance of the gas sensor was acquired.
  • the gas sensor is placed in a nitrogen stream, and benzaldehyde is mixed into the stream at a concentration of 2 ppm for 15 seconds as a chemical substance, and the stream containing only nitrogen is flowed for 15 seconds.
  • the detection signal of electrical resistance was acquired from the detector. That is, the time-dependent change data of the electric resistance of the gas sensor was acquired.
  • the detection result of the gas sensor of the sample 5 is shown in FIG. 8, and the detection result of the gas sensor of the sample 13 is shown in FIG. In FIGS.
  • the horizontal axis indicates the elapsed time
  • the vertical axis indicates the intensity of the normalized detection signal (that is, an index of the electric resistance of the sensitive portion).
  • the broken line graph shows the detection result on the 0th day after the gas sensor is manufactured
  • the solid line graph shows the detection result 6 months after the gas sensor is manufactured.
  • the graph of the detection result after 6 months is shown by sliding upward for ease of viewing.
  • sample 14 On a silicon substrate having a rectangular shape in a plan view, one gas sensor for each of the samples 1 to 6, that is, a total of six gas sensors were arranged in a matrix of 2 rows and 3 columns. In this way, the gas sensor assembly of sample 14 was obtained. Further, a detector for detecting electric resistance was connected to each of the six gas sensors (that is, the gas sensors of Samples 1 to 6) provided in the gas sensor assembly of Sample 14. One detector was connected to one gas sensor.
  • sample 15 On a silicon substrate having a rectangular shape in a plan view, one gas sensor from each of the samples 7 to 12 was arranged, that is, a total of six gas sensors were arranged in a matrix of 2 rows and 3 columns. In this way, the gas sensor assembly of sample 15 was obtained. Further, a detector for detecting electric resistance was connected to each of the six gas sensors (that is, the gas sensors of the sample 7 to the sample 12) provided in the gas sensor assembly of the sample 15. One detector was connected to one gas sensor.
  • Example 1 (Identification of chemical substances) [Example 1] (1) Acquisition of feature amount First, the gas sensor aggregate of sample 14 is placed in a nitrogen stream, and benzaldehyde is mixed into the stream at a concentration of 2 ppm for 30 seconds, and the chemical substance is mixed 30 seconds before the start of the chemical substance mixing. The electrical resistance of the gas sensor up to 30 seconds after the end of mixing was obtained from the detector. As a result, the time-dependent change data of the electric resistance was acquired for each of the sensitive parts of the gas sensors of the samples 1 to 6.
  • This operation of acquiring the time-dependent change data was repeated 30 times, and 30 sets of feature quantities R corresponding to each of the gas sensors of Samples 1 to 6 were acquired for benzaldehyde.
  • benzaldehyde, nonanal and pyrrole are hydrogen bond acceptor molecules, and pyrrole is a hydrogen bond donor molecule.
  • each cell is constructed when the feature amount R calculated from the detection result mixed with the chemical substance (Bz, Nn or Pr) described at the top of the column in which the cell is located is input.
  • the number of times the cell was identified as the chemical substance (Bz, Nn or Pr) described in the leftmost part of the row in which the cell is located is described by the logical model. That is, the numerical value of the cell in which the chemical substance described in the uppermost part and the leftmost part is the same is the number of times the identification was correct, and the numerical value of the cell in which the chemical substance described in the uppermost part and the leftmost part is different. However, it is the number of times that the identification was wrong. These are the same in Table 2 described later.
  • Example 1 the mixed chemical substance and the identified chemical substance matched all 25 times in each of the three types of chemical substances. The ratio of the number of times (75 times) that the correct identification result was obtained to the total number of times (75 times) that each chemical substance was identified was 100%.
  • the chemical substances are identified using the gas sensors of Samples 1 to 6 containing the polysiloxane compound having a cyanopropyl group in the side chain as the adsorbent of the sensitive portion, good identification results are obtained. Obtained. That is, in Example 1, by using the gas sensor aggregate of sample 14 (that is, the gas sensor of sample 1 to sample 6), the identification accuracy when identifying the chemical substance was high.
  • Comparative Example 1 when pyrrole was mixed as a chemical substance, it was identified as benzaldehyde 16 times out of 25 times, and was identified as pyrrole only 9 times. The ratio of the number of times (59 times) that the correct identification result was obtained to the total number of times (75 times) that each chemical substance was identified was 79%. As described above, when the chemical substance is identified by using the gas sensors of Samples 7 to 12 containing the polysiloxane compound whose side chain is composed of a hydrocarbon group as the adsorbent of the sensitive portion, hydrogen bonding is provided. Good discrimination results were not obtained for the body molecule pyrol.
  • the gas sensor, gas sensor aggregate, and chemical substance identification method according to the present disclosure are useful for detecting or identifying chemical substances in gas.

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Abstract

ガスセンサ（１００）は、感応部（３０）と、それぞれが感応部（３０）に電気的に接続されている一対の電極である第１電極（２０）及び第２電極（２５）と、を備える。感応部（３０）は、導電材料と、シロキサン結合を主鎖構造として有する高分子と、を有する。高分子は、側鎖に、シアノ基を有する。

Description

ガスセンサ、ガスセンサ集合体及び化学物質識別方法
　本開示は、ガスセンサ、ガスセンサ集合体及び化学物質識別方法に関する。
　従来、高分子などからなる吸着材等で構成される感応部への吸着に伴う感応部の特性を検出することによって、ガス中の揮発性有機化合物等の化学物質を検出するガスセンサが知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２）。
国際公開２０１９／１７２２５１号 国際公開２０１８／１８６２６８号
　ガスセンサを用いてガス中の揮発性有機化合物等の化学物質又は臭い等を識別する場合、高い識別精度を有するガスセンサが求められている。
　本開示は、化学物質等の識別に用いられる場合の識別精度を高めることができるガスセンサ等を提供する。
　本開示の一態様に係るガスセンサは、感応部と、それぞれが前記感応部に電気的に接続されている一対の電極と、を備え、前記感応部は、導電材料と、シロキサン結合を主鎖構造として有する高分子と、を有し、前記高分子は、側鎖に、シアノ基を有する。
　また、本開示の一態様に係るガスセンサ集合体は、複数のガスセンサを備え、前記複数のガスセンサのうち少なくとも１つは、上記ガスセンサである。
　また、本開示の一態様に係る化学物質識別方法は、上記ガスセンサ集合体を用いた化学物質識別方法であって、化学物質を含むガスに暴露させた前記ガスセンサ集合体から出力される信号を取得するステップと、取得した前記信号から特徴量を算出するステップと、算出した前記特徴量に基づいて、前記ガスに含まれる前記化学物質の識別を行うステップと、を含む。
　本開示の一態様に係るガスセンサ等によれば、化学物質等の識別に用いられる場合の識別精度を高めることができる。
図１は、実施の形態に係るガスセンサの概略構成を示す平面図である。 図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線で示される位置での実施の形態に係るガスセンサの断面図である。 図３は、実施の形態に係るガスセンサの特徴的な構成を示すブロック図である。 図４は、実施の形態に係るガスセンサ集合体の概略構成を示す平面図である。 図５は、実施の形態に係るガスセンサ集合体を用いた化学物質識別方法のフローチャートである。 図６は、サンプル１から６のガスセンサにおける感応部の吸着材の熱重量分析結果を示す図である。 図７は、サンプル７から１３のガスセンサにおける感応部の吸着材の熱重量分析結果を示す図である。 図８は、サンプル５のガスセンサの検出結果を示す図である。 図９は、サンプル１３のガスセンサの検出結果を示す図である。
　（本開示の一態様を得るに至った経緯）
　吸着材等で構成される感応部を備えるガスセンサでは、例えば、感応部がガス中の化学物質を吸着して膨張することで感応部の電気抵抗等の電気特性が変化する。このような電気抵抗等の電気特性を、感応部に電気的に接続された電極を用いて検出することで、ガス中の化学物質を検出する。
　特許文献１には、ポリシロキサン化合物を含む検出材料を備える化学センサ素子が開示されている。特許文献１の実施例に記載されている化学センサ素子のように、ガスセンサの感応部の吸着材にポリシロキサン化合物が用いられる場合、例えば、吸着材には、側鎖にメチル基及びフェニル基等の炭化水素基を有するポリシロキサン化合物が用いられている。しかし、吸着材として、側鎖に炭化水素基を有するポリシロキサン化合物を有する感応部を備えるガスセンサでは、当該ガスセンサを用いて化学物質を識別する場合、識別されにくい化学物質も存在する。本発明者らは、吸着材として、側鎖に炭化水素基を有するポリシロキサン化合物を有する感応部を備えるガスセンサを用いて化学物質を識別する場合、化学物質の中でも水素結合受容体分子の識別精度は高いものの、水素結合供与体分子の識別精度が低いことを見出した。ガスセンサによる化学物質の識別精度は、感応部の電気特性変化の大きさと関係すると考えられる。例えば、水素結合供与体分子と感応部との相互作用が弱い場合には、感応部に水素結合供与体分子が吸着されにくい。その結果、感応部の電気特性変化が小さくなり、ガスセンサを用いて水素結合供与体分子を識別する場合の識別精度が低下すると考えられる。
　そこで、本開示では、化学物質等の識別に用いられる場合の、水素結合供与体分子の識別精度を高めることで、識別精度を高めることができるガスセンサを提供する。
　（本開示の概要）
　本開示の一態様の概要は、以下の通りである。
　本開示の一態様に係るガスセンサは、感応部と、それぞれが前記感応部に電気的に接続されている一対の電極と、を備え、前記感応部は、導電材料と、シロキサン結合を主鎖構造として有する高分子と、を有し、前記高分子は、側鎖に、シアノ基を有する。
　これにより、シアノ基は、水素結合受容体であるため、シアノ基が水素結合供与体分子と相互作用しやすくなる。その結果、ガスが水素結合供与体分子を含む場合に感応部の電気抵抗等の電気特性が変化しやすくなる。よって、ガスセンサは、化学物質等の識別に用いられる場合の識別精度を高めることができる。
　また、例えば、前記高分子は、前記側鎖に前記シアノ基と主鎖との間に位置するアルキレン基を有していてもよい。
　シアノ基と主鎖との間にアルキレン基が位置することで、シアノ基がポリシロキサン化合物の主鎖から離れることができるため、シアノ基と水素結合供与体分子とがより相互作用しやすくなる。よって、化学物質等の識別に用いられる場合の識別精度がさらに高められる。
　また、例えば、前記高分子は、前記側鎖にシアノプロピル基を有していてもよい。
　これにより、高分子における主鎖とシアノ基との間の距離が適切に保たれるため、ポリシロキサン化合物の安定性と化学物質等の識別に用いられる場合の識別精度とが両立されたガスセンサを実現できる。
　また、例えば、前記高分子は、ビスシアノプロピルポリシロキサン構造と、シアノプロピルメチル－ジメチルポリシロキサン構造と、ビスシアノプロピル－シアノプロピルフェニルポリシロキサン構造と、シアノプロピルフェニル－ジメチルポリシロキサン構造と、シアノプロピルメチル－フェニルメチルポリシロキサン構造と、からなる群の中から選択される少なくとも一つを有していてもよい。
　これにより、合成容易な高分子により感応部を実現できる。
　また、例えば、前記高分子の大気雰囲気下の熱重量分析において、３５℃における前記高分子の重量に対して、５％以上の重量減少が生じる温度は２５０℃以上であってもよい。
　これにより、高分子の熱安定性が優れるため、経時によるガスセンサの検出精度の悪化が生じにくくなる。
　また、例えば、前記感応部の電気抵抗を検出する検出器をさらに備えていてもよい。
　これにより、ガスセンサは、電気抵抗を検出することにより、化学物質を検出できるとともに、検出された電気抵抗を化学物質等の識別に利用できる。
　また、例えば、前記導電材料は、導電性粒子であり、前記導電性粒子の平均粒径は、１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲であってもよい。
　これにより、感応部の電気抵抗等の電気特性が変化しやすくなる。
　また、例えば、前記感応部の重量に対する前記導電材料の重量の比率は、０．０５以上０．９５以下の範囲であってもよい。
　これにより、感応部に電流が容易に流れるため、感応部の電気抵抗等の電気特性を容易に検出できる。
　また、例えば、前記感応部は膜状である。
　これにより、感応部に化学物質が吸着した際に、電気特性が変化しやすくなる。
　また、本開示の一態様に係るガスセンサ集合体は、複数のガスセンサを備え、前記複数のガスセンサのうち少なくとも１つは、上記ガスセンサである。
　これにより、ガスセンサ集合体が上記ガスセンサを含むため、化学物質等の識別に用いられる場合の識別精度を高めることができる。
　また、本開示の一態様に係る化学物質識別方法は、上記ガスセンサ集合体を用いた化学物質識別方法であって、化学物質を含むガスに暴露させた前記ガスセンサ集合体から出力される信号を取得するステップと、取得した前記信号から特徴量を算出するステップと、算出した前記特徴量に基づいて、前記ガスに含まれる前記化学物質の識別を行うステップと、を含む。
　これにより、上記ガスセンサ集合体を用いて高い精度で化学物質を識別できる。
　なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
　また、本明細書において、平行などの要素間の関係性を示す用語、及び、要素の形状を示す用語、並びに、数値範囲は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数％程度の差異をも含むことを意味する表現である。
　また、各図は、必ずしも厳密に図示したものではない。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する。
　また、本明細書において、「平面視」とは、基板の厚さ方向（言い換えると基板の主面に対する法線方向）に沿ってガスセンサを見た場合を意味する。
　また、本明細書において、「上方」及び「下方」という用語は、絶対的な空間認識における上方向（例えば鉛直上方）及び下方向（例えば鉛直下方）を指すものではなく、基板への各構成部材の配置構成を基に相対的な位置関係により規定される用語として用いる。各構成部材の「上面」及び「下面」という用語についても同様である。
　（実施の形態）
　まず、実施の形態に係るガスセンサについて説明する。
　図１は、本実施の形態に係るガスセンサの概略構成を示す平面図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線で示される位置での本実施の形態に係るガスセンサの断面図である。
　図１及び図２に示されるように、本実施の形態にかかるガスセンサ１００は、基板１０と、一対の電極である第１電極２０及び第２電極２５と、感応部３０と、絶縁層４０とを備える。図１においては、感応部３０及び絶縁層４０に被覆された第１電極２０及び第２電極２５の平面視形状が、破線で示されている。
　基板１０は、第１電極２０及び第２電極２５と、絶縁層４０と、感応部３０とを支持する基板である。基板１０は、例えば、板状である。基板１０は、例えば、平面視で矩形又は円の形状を有する。本実施の形態では、基板１０は、平面視で円の形状を有する。基板１０の材料は、ガスセンサ１００の形状を維持できるものであれば、特に限定されない。基板１０は、例えば、シリコン基板、金属板、ガラス板又は高分子フィルム等である。
　第１電極２０は、基板１０の上に配置されている。第１電極２０の下面は、基板１０の上面に接している。第１電極２０の形状は、特に限定されない。第１電極２０は、例えば、平面視で円弧又はリングの形状を有する。本実施の形態において、第１電極２０は、平面視で円弧の形状を有するとともに、帯状の形状を有している。
　第１電極２０は、ガスセンサ１００の外側に露出している端子部２０ａを含む。図１では、端子部２０ａは、基板１０の外周面を越えて基板１０の外側に延びている。なお、第１電極２０は、基板１０の外周面を越えて基板１０の外側に延びている部分を有していなくてもよい。例えば、基板１０にスルーホールが設けられ、そのスルーホールを通じて第１電極２０の下面の一部がガスセンサ１００の外側に露出していてもよい。この場合、第１電極２０の下面の一部が端子部２０ａに相当する。
　第２電極２５は、基板１０の上に配置されている。第２電極２５の下面は、基板１０の上面に接している。第２電極２５の形状は、特に限定されない。第２電極２５は、例えば、第１電極２０を囲んでいる。第２電極２５は、第１電極２０と接していない。第２電極２５は、例えば、平面視で円弧又はリングの形状を有する。本実施の形態において、第２電極２５は、平面視で円弧の形状を有するとともに、帯状の形状を有している。
　第２電極２５は、ガスセンサ１００の外側に露出している端子部２５ａを含む。図１では、端子部２５ａは、基板１０の外周面を越えて基板１０の外側に延びている。なお、第２電極２５は、基板１０の外周面を越えて基板１０の外側に延びている部分を有していなくてもよい。例えば、基板１０にスルーホールが設けられ、そのスルーホールを通じて第２電極２５の下面の一部が、ガスセンサ１００の外側に露出していてもよい。この場合、第２電極２５の下面の一部が、端子部２５ａに相当する。
　一対の電極である第１電極２０及び第２電極２５のうち、第１電極２０は、後述する第１開口部４５を通じて感応部３０と電気的に接続されており、第２電極２５は、後述する第２開口部４６を通じて感応部３０と電気的に接続されている。第１電極２０と第２電極２５とは、絶縁層４０を介して対向して配置されている。なお、第１電極２０と第２電極２５との間には絶縁層４０が配置されずに感応部３０が配置され、第１電極２０と第２電極２５とが感応部３０を介して対向して配置されていてもよい。
　第１電極２０の材料及び第２電極２５の材料は、導電性を有する材料であれば、特に限定されない。第１電極２０及び第２電極２５のそれぞれは、例えば、銀、金、銅、白金及びアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも１つの金属を含む。第１電極２０の材料は、第２電極２５の材料と同じであってもよい。
　なお、第１電極２０及び第２電極２５のそれぞれの形状は、平面視で円弧の形状に限られず、例えば、平面視で細長い矩形の形状の棒状であってもよく、平面視で櫛歯の形状であってもよい。第１電極２０及び第２電極２５のそれぞれの形状が、平面視で櫛歯の形状である場合、例えば、第１電極２０と第２電極２５とにおいて、一方の櫛歯の間に他方の櫛歯が位置していてもよい。
　感応部３０は、第１電極２０、第２電極２５及び絶縁層４０を被覆するように、基板１０の上方に配置されている吸着層である。感応部３０は、ガス中の揮発性有機化合物等の化学物質を吸着することで、電気抵抗等の電気特性が変化する部材で構成される。感応部３０は、絶縁層４０の上面全体及び側面全体を被覆している。感応部３０は、絶縁層４０の上面及び側面を部分的に被覆しているだけでもよい。感応部３０は、基板１０の上面全体を被覆していてもよく、基板１０の上面を部分的に被覆していてもよい。感応部３０は、基板１０と接していてもよく、接していなくてもよい。
　感応部３０は、第１開口部４５を通じて第１電極２０に接触しており、第２開口部４６を通じて第２電極２５に接触している。そのため、第１電極２０及び第２電極２５に電圧を印加したとき、感応部３０に電流が流れる。これにより、感応部３０の電気抵抗等の電気特性を検出できる。
　感応部３０は、例えば膜状である。これにより、感応部３０に化学物質が吸着した際に、電気特性が変化しやすくなる。感応部３０における基板１０側とは反対側の面、つまり感応部３０における上側の面は露出している。感応部３０における上側の面は、例えば、平坦な平面であるが、湾曲面であってもよい。感応部３０の厚さは、検出されるべきガスの種類、感応部３０の組成などに応じて定められる。感応部３０の厚さは、例えば、０．１μｍ以上１０μｍ以下の範囲である。感応部３０の形状は、特に限定されない。感応部３０は、例えば、平面視で円又はリングの形状を有する。本実施の形態において、感応部３０は、平面視でリングの形状を有する。また、感応部３０は、多孔質であってもよい。平面視での感応部３０の面積は、例えば、０．００２ｍｍ２以上５０ｍｍ２以下の範囲である。
　感応部３０は、導電材料と吸着材としてポリシロキサン化合物とを有する。本明細書において、ポリシロキサン化合物は高分子の一例である。感応部３０が導電材料を有していることで、感応部３０に電流を流すことができる。感応部３０に電流を流すことによって、感応部３０の電気抵抗等の電気特性を検出できる。感応部３０において、例えば、導電材料は、吸着材中に分散している。
　感応部３０に含まれる導電材料は、例えば、導電材料の粒子（つまり導電性粒子）である。導電材料の粒子の平均粒径は、１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲にあってもよい。「平均粒径」は、次の方法で測定することができる。感応部３０の表面又は断面を電子顕微鏡で観察し、感応部３０に含まれる任意の数の粒子（例えば５０個）の直径を測定する。得られた測定値を用いて算出された平均値により、平均粒径が定められる。電子顕微鏡で観察された粒子の面積と等しい面積を有する円の直径を粒径とみなすことができる。なお、導電材料は、導電材料の繊維等、粒子以外の形状を有する導電材料であってもよい。
　導電材料は、導電性を有するものであれば、特に限定されない。導電材料は、例えば、炭素材料、導電性ポリマー、金属材料、金属酸化物、半導体材料、超伝導体及び錯化合物からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。
　炭素材料は、例えば、カーボンブラック、グラファイト、コークス、カーボンナノチューブ、グラフェン及びフラーレンからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。導電性ポリマーは、例えば、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール及びポリアセチレンからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。金属材料は、例えば、銀、金、銅、白金及びアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。金属酸化物は、例えば、酸化インジウム、酸化スズ、酸化タングステン、酸化亜鉛及び酸化チタンからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。半導体材料は、例えば、ケイ素、ガリウムヒ素、リン化インジウム及び硫化モリブデンからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。超伝導体は、例えば、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７及びＴｌ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。錯化合物は、例えば、テトラメチルパラフェニレンジアミンとクロラニルとの錯化合物、テトラシアノキノジメタンとアルカリ金属との錯化合物、テトラチアフルバレンとハロゲンとの錯化合物、イリジウムとハロカルボニル化合物との錯化合物、及び、テトラシアノ白金からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。
　導電材料は、例えば、カーボンブラックを含む。導電材料がカーボンブラックを含む場合、感応部３０の電気抵抗等の電気特性が変化しやすい。そのため、ガスセンサ１００を化学物質の識別に用いる場合の識別精度を高めることができる。
　感応部３０の重量に対する導電材料の重量の比率は、導電材料が連なることで、一対の電極によって感応部３０に電流を流すことができる比率であればよく、例えば、０．０５以上０．９５以下の範囲であってもよく、０．２５以上０．９５以下の範囲であってもよい。これにより、第１電極２０又は第２電極２５から感応部３０に電流が容易に流れる。そのため、感応部３０の電気抵抗等の電気特性を容易に検出できる。
　ポリシロキサン化合物は、ガス中の揮発性有機化合物等の化学物質を吸着する。ポリシロキサン化合物がガス中の化学物質を吸着することによって、感応部３０の体積が変化する。ポリシロキサン化合物は、シロキサン結合を主鎖構造として有する。つまり、ポリシロキサン化合物は、ポリシロキサン構造を主鎖構造として有する。ポリシロキサン化合物は、直鎖状のポリシロキサン構造を主鎖構造として有していてもよい。
　また、ポリシロキサン化合物は、側鎖にシアノ基を有する。シアノ基は、水素結合受容体であるため、シアノ基が水素結合供与体分子と相互作用しやすく、ガスが水素結合供与体分子を含む場合に感応部３０の電気抵抗等の電気特性が変化しやすくなる。そのため、ガスセンサ１００を用いて化学物質等を識別する場合の識別精度を高めることができる。
　水素結合供与体分子は、例えば、水素結合可能な水素を有する分子である。水素結合供与体分子は、例えば、Ｏ－Ｈ結合、Ｎ－Ｈ結合及びＳ－Ｈ結合のうち少なくとも１つを有する有機化合物である。
　また、ポリシロキサン化合物は、側鎖に、シアノ基とポリシロキサン化合物の主鎖との間に位置するアルキレン基を有する。例えば、アルキレン基の一端は、ポリシロキサン化合物の主鎖のケイ素原子に結合されており、アルキレン基の他端は、シアノ基に結合されている。これにより、シアノ基がポリシロキサン化合物の主鎖から離れることができるため、シアノ基と水素結合供与体分子とがより相互作用しやすくなる。また、一般的に、直鎖状のポリシロキサン構造の主鎖は、螺旋構造であり、ポリシロキサン化合物の側鎖は、螺旋構造の外側に出る。ポリシロキサン化合物が直鎖状のポリシロキサン構造を主鎖構造として有し、側鎖にアルキレン基を有することで、シアノ基が螺旋構造の外側にさらに出た構造になるため、シアノ基と水素結合供与体分子とがより相互作用しやすくなる。なお、ポリシロキサン化合物は、側鎖にアルキレン基を有していなくてもよい。
　アルキレン基の炭素数は、１以上であり、１以上１０以下であってもよく、２以上５以下であってもよい。また、アルキレン基の炭素数は、３であってもよい。つまり、ポリシロキサン化合物は、側鎖にシアノプロピル基を有していてもよい。これにより、ポリシロキサン化合物における主鎖とシアノ基との間の距離が適切に保たれるため、ポリシロキサン化合物の安定性と化学物質等の識別に用いられる場合の識別精度とが両立されたガスセンサ１００を実現できる。このような側鎖を有するポリシロキサン化合物に含まれるシロキサン構造（ポリシロキサン構造における繰り返し単位構造）としては、例えば、ビスシアノプロピルシロキサン構造、シアノプロピルメチル構造、及び、シアノプロピルフェニルシロキサン構造等が挙げられる。
　なお、ポリシロキサン化合物は、少なくとも一部の側鎖に、シアノ基とアルキレン基とを有していればよく、ポリシロキサン化合物は、一部の側鎖に、炭化水素基等の他の置換基を有していてもよい。また、アルキレン基の少なくとも１つの水素原子は、炭化水素基若しくはヘテロ元素を含有する官能基等の置換基又はハロゲン原子等の水素原子以外の原子で置換されていてもよい。
　このような側鎖にシアノ基とアルキレン基とを有するポリシロキサン化合物は、具体的には、ビスシアノプロピルポリシロキサン構造と、シアノプロピルメチル－ジメチルポリシロキサン構造と、ビスシアノプロピル－シアノプロピルフェニルポリシロキサン構造と、シアノプロピルフェニル－ジメチルポリシロキサン構造と、シアノプロピルメチル－フェニルメチルポリシロキサン構造と、からなる群の中から選択される少なくとも一つを有していてもよい。これにより、合成容易なポリシロキサン化合物により感応部３０を実現できる。
　なお、ここで、「シアノプロピルメチル－ジメチルポリシロキサン構造」の記載は、シアノプロピルメチルシロキサンとジメチルシロキサンとの共重合体のポリシロキサン構造を意味し、他のポリシロキサン構造についても同様である。ポリシロキサン構造が共重合体を含む場合、共重合体は、ランダム共重合体であってもよく、ブロック共重合体であってもよく、交互共重合体であってもよい。
　ポリシロキサン化合物は、市販されている材料であってもよい。また、ポリシロキサン化合物は、ポリシロキサン化合物のシロキサン結合の単位となるジアルコキシシラン等のアルコキシシラン類を縮合反応により重合することで合成されてもよい。
　また、ポリシロキサン化合物の大気雰囲気下の熱重量分析において、３５℃におけるポリシロキサン化合物の重量に対して、５％以上の重量減少が生じる温度は２５０℃以上であってもよい。これにより、ポリシロキサン化合物の熱安定性が優れるため、経時によるガスセンサ１００の検出精度の悪化、例えば、検出信号におけるノイズの増加が生じにくくなる。また、後述する感応部３０の形成における溶媒の乾燥において加熱される際にも、感応部３０が劣化しにくく、ガスセンサ１００の検出精度を向上できる。よりポリシロキサン化合物の熱安定性を高める観点からは、ポリシロキサン化合物の大気雰囲気下の熱重量分析において、３５℃におけるポリシロキサン化合物の重量に対して、５％以上の重量減少が生じる温度は３００℃以上であってもよい。熱重量分析は、例えば、熱重量分析装置を用いて、大気雰囲気下、１０℃／ｍｉｎの昇温速度で、３５℃から４００℃まで昇温させる条件で行う。
　感応部３０の重量に対するポリシロキサン化合物の重量の比率は、検出されるべきガスの種類及び導電材料の種類などに応じて定められる。感応部３０の重量に対するポリシロキサン化合物の重量の比率は、０．０５以上０．９５以下の範囲であってもよい。
　感応部３０は、ポリシロキサン化合物以外に、ガス中の化学物質を吸着する吸着材を有していてもよい。
　ポリシロキサン化合物以外の吸着材には、例えば、ガスクロマトグラフィーのカラムの固定相として市販されている材料が挙げられる。ポリシロキサン化合物以外の吸着材は、例えば、高分子材料及び低分子材料からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。有機吸着材は、例えば、ポリアルキレングリコール類、ポリエステル類、上記例示したポリシロキサン化合物以外のシリコーン類、グリセロール類、ニトリル類、ジカルボン酸モノエステル類及び脂肪族アミン類からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。
　ポリアルキレングリコール類は、例えば、ポリエチレングリコールを含む。ポリエステル類は、例えば、ポリ（ジエチレングリコールアジペート）及びポリ（エチレンサクシネート）からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。シリコーン類は、例えば、ジメチルポリシロキサン、フェニルメチルポリシロキサン、ジフェニルポリシロキサン、フェニルメチル－ジメチルポリシロキサン、フェニルメチル－ジフェニルポリシロキサン、トリフルオロプロピルメチルポリシロキサン及びシアノポリシロキサンからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。グリセロール類は、例えば、ジグリセロールを含む。ニトリル類は、例えば、Ｎ，Ｎ－ビス（２－シアノエチル）ホルムアミド及び１，２，３－トリス（２－シアノエトキシ）プロパンからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。ジカルボン酸モノエステル類は、例えば、ニトロテレフタル酸修飾ポリエチレングリコール及びジエチレングリコールサクシネートからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。脂肪族アミン類は、例えば、テトラヒドロキシエチルエチレンジアミンを含む。
　感応部３０は、添加剤をさらに含んでいてもよい。添加剤としては、例えば、導電材料の分散性を向上させるための分散剤が挙げられる。
　感応部３０から導電材料を除いた重量に対するポリシロキサン化合物の重量の比率は、０．８５以上であってもよく、０．９５以上であってもよい。
　絶縁層４０は、第１電極２０及び第２電極２５のそれぞれを被覆している。絶縁層４０は、第１電極２０及び第２電極２５のそれぞれと接触している。絶縁層４０は、基板１０の上面全体を被覆していてもよい。絶縁層４０は、基板１０の上面を部分的に被覆していてもよい。
　絶縁層４０は、第１開口部４５及び第２開口部４６を有する。第１開口部４５は、第１電極２０の表面の一部を露出させている。第１開口部４５は、平面視で第１電極２０に重なっている。例えば、第１開口部４５の全部が平面視で第１電極２０に重なっている。第１開口部４５は、絶縁層４０を厚さ方向に貫通している。第１開口部４５を除き、絶縁層４０は、第１電極２０の上面全体及び側面全体を被覆している。
　絶縁層４０は、複数の第１開口部４５を有していてもよい。複数の第１開口部４５の数は、特に限定されない。
　第２開口部４６は、第２電極２５の表面の一部を露出させている。第２開口部４６は、平面視で第２電極２５に重なっている。例えば、第２開口部４６の全部が平面視で第２電極２５に重なっている。第２開口部４６は、絶縁層４０を厚さ方向に貫通している。第２開口部４６を除き、絶縁層４０は、第２電極２５の上面全体及び側面全体を被覆している。
　絶縁層４０は、複数の第２開口部４６を有していてもよい。複数の第２開口部４６の数は、特に限定されない。
　第１開口部４５及び第２開口部４６のそれぞれの形状は、特に限定されない。第１開口部４５及び第２開口部４６のそれぞれは、例えば、平面視で円又は矩形の形状を有している。上述のように、一対の電極である第１電極２０及び第２電極２５は、それぞれ、絶縁層４０に被覆され、第１開口部４５及び第２開口部４６を介して感応部３０に電気的に接続される。このように、絶縁層４０によって第１電極２０及び第２電極２５が被覆されることで、感応部３０における電流の経路が少なくなるため、電流の経路の変化によって、検出される感応部３０の電気抵抗等の電気特性がより大きく変化する。
　絶縁層４０の材料は、絶縁性を有していれば、特に限定されない。絶縁層４０の材料は、例えば、絶縁性の高分子材料、セラミックス及びガラスからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。絶縁性の高分子材料は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリブタジエン、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリメタクリル酸メチル、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、酢酸セルロース、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンサルファイド及びポリエーテルイミドからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。セラミックスは、例えば、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、Ｚｒ２Ｏ３及びＭｇＯからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。
　なお、ガスセンサ１００は、絶縁層４０を備えていなくてもよい。この場合、例えば、第１電極２０及び第２電極２５それぞれの上面及び側面は、感応部３０に接触して被覆される。
　図１及び図２に示されるように、ガスセンサ１００は、第１壁部１１をさらに備えていてもよい。第１壁部１１は、基板１０の表面を取り囲んでいる。第１壁部１１は、平面視でリングの形状を有している。第１壁部１１は、基板１０から上方（基板１０の厚さ方向）に延びている。第１壁部１１に囲まれた基板１０の表面は、例えば、円の形状を有する。第１壁部１１は、基板１０の外周縁に接続されている。第１壁部１１は、基板１０と一体化されていてもよい。言い換えれば、第１壁部１１が基板１０の一部であってもよい。第１壁部１１は、感応部３０よりも上方に延びている。第１壁部１１の内周面は、感応部３０に接している。
　また、ガスセンサ１００は、第２壁部１２をさらに備えていてもよい。第２壁部１２は、基板１０の表面の一部から上方に延びている。第２壁部１２の形状は、例えば、円柱状又は円筒状である。第２壁部１２は、基板１０の表面の一部に接続されている。第２壁部１２は、基板１０と一体化されていてもよい。言い換えれば、第２壁部１２が基板１０の一部であってもよい。第２壁部１２は、第１電極２０及び第２電極２５に囲まれている。第２壁部１２は、感応部３０よりも上方に延びている。第２壁部１２の外周面は、感応部３０に接している。感応部３０は、第１壁部１１と第２壁部１２との間に配置されている。
　第１壁部１１の材料及び第２壁部１２の材料のそれぞれは、特に限定されない。第１壁部１１の材料及び第２壁部１２の材料のそれぞれは、疎水性を有していてもよい。第１壁部１１の材料及び第２壁部１２の材料のそれぞれは、例えば、疎水性の高分子材料を含む。疎水性の高分子材料は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリブタジエン、エポキシ樹脂及びフッ素樹脂からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。第１壁部１１の材料は、第２壁部１２の材料と同じであってもよい。第１壁部１１の材料及び第２壁部１２の材料のそれぞれは、基板１０の材料と同じであってもよい。
　次に、ガスセンサ１００の製造方法を説明する。
　まず、第１電極２０及び第２電極２５のそれぞれを基板１０の上に配置する。基板１０の上に第１電極２０及び第２電極２５のそれぞれを配置する方法は、特に限定されない。例えば、金属を基板１０の上に堆積させることによって、第１電極２０及び第２電極２５のそれぞれを基板１０の上に配置させることができる。金属を堆積させる方法としては、スパッタリング法、イオンプレーティング法、電子ビーム蒸着法、真空蒸着法、化学蒸着法、化学気相法などが挙げられる。
　次に、絶縁層４０を作製する。絶縁層４０を作製する方法は、特に限定されない。絶縁層４０は、例えば、次の方法で作製できる。絶縁性の高分子材料を含む分散液を調製する。分散液は、塗布用溶媒に絶縁性の高分子材料を分散させることによって得られる。塗布用溶媒は、例えば、水及び有機溶媒からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。
　第１電極２０及び第２電極２５のそれぞれを被覆するように、基板１０上に分散液を所望のパターンにて塗布し、塗布膜を形成する。塗布膜の形成方法としては、印刷法が挙げられる。塗布膜を乾燥させることによって、絶縁層４０の前駆体層が形成される。
　次に、絶縁層４０の前駆体層に第１開口部４５及び第２開口部４６を形成する。これにより、絶縁層４０を作製することができる。第１開口部４５及び第２開口部４６を形成する方法は、特に限定されない。第１開口部４５及び第２開口部４６は、例えば、絶縁層４０の前駆体層に対して、イオンビームを照射することによって形成することができる。第１開口部４５及び第２開口部４６は、例えば、絶縁層４０の前駆体層をエッチングすることによって形成することもできる。
　次に、感応部３０を作製する。まず、導電材料及びポリシロキサン化合物を含む塗布液を調製する。塗布液は、塗布用溶媒に導電材料及びポリシロキサン化合物を分散させることによって得られる。また、均質な塗布膜を形成する観点からは、ポリシロキサン化合物は塗布用溶媒に溶解していてもよい。また、導電材料は塗布用溶媒に溶解していてもよい。感応部３０の作製における塗布用溶媒は、例えば、水及び有機溶媒からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。有機溶媒は、例えば、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、トルエン、クロロホルム、アセトン、アセトニトリル、メタノール、エタノール、イソプロパノール、テトラヒドロフラン、酢酸エチル、酢酸ブチル及び酢酸ヘキシルからなる群から選ばれる少なくとも１つを含む。次に、絶縁層４０上に塗布液を塗布し、塗布膜を形成する。塗布膜を乾燥させることによって、感応部３０が形成される。塗布膜は、例えば、５０℃以上２００℃以下に加熱されることで乾燥される。
　上記の方法で形成された感応部３０は、通常、基板１０の表面の周方向に均一な厚さを有する。本実施の形態に係るガスセンサ１００では、第１電極２０及び第２電極２５が平面視で円弧又はリングの形状を有する。そのため、感応部３０は、第１電極２０に沿って均一な厚さを有する。同様に、感応部３０は、第２電極２５に沿って均一な厚さを有する。これにより、感応部３０の電気抵抗を安定して検出できる。
　ガスセンサ１００が第１壁部１１及び第２壁部１２を備えている場合には、分散液を均一に塗布できる。すなわち、感応部３０の厚さを均一にすることができる。第１壁部１１及び第２壁部１２のそれぞれが疎水性を有するとき、分散液と、第１壁部１１及び第２壁部１２のそれぞれとの間に生じている表面張力が低い。そのため、感応部３０の厚さをより均一にすることができる。
　次に、ガスセンサ１００を用いたガス中の化学物質の検出方法の一例を説明する。
　図３は、ガスセンサ１００の特徴的な構成を示すブロック図である。図３に示されるように、ガスセンサ１００は、検出器６０をさらに備えていてもよい。
　検出器６０は、例えば、電気抵抗計である。第１電極２０の端子部２０ａと、第２電極２５の端子部２５ａとのそれぞれが検出器６０に接続されている。検出器６０は、例えば、第１電極２０及び第２電極２５に電圧を印加することができる。検出器６０が第１電極２０及び第２電極２５に電圧を印加することで、感応部３０に電流が流れる。検出器６０は、感応部３０に流れる電流に基づいて、感応部３０の電気抵抗を検出（言い換えると測定）する。検出器６０は、例えば、検出した結果を、検出信号として、外部の機器に出力する。また、検出器６０は、検出した結果を表示するディスプレイ又はメータ等の表示部を有していてもよい。
　ガスセンサ１００を用いた化学物質の検出においては、まず、ガスの雰囲気下にガスセンサ１００を置く。ガス中には、例えば、揮発性有機化合物及び無機ガスからなる群から選ばれる少なくとも１つを含む化学物質が含まれる。揮発性有機化合物としては、例えば、ケトン類、アミン類、アルコール類、芳香族炭化水素類、アルデヒド類、エステル類、有機酸、メチルメルカプタン、ジスルフィド及びピロール等が挙げられる。また、無機ガスとしては、例えば、硫化水素、二酸化硫黄及び二硫化炭素等が挙げられる。
　ガスセンサ１００にガス中の化学物質が接触したとき、感応部３０のポリシロキサン化合物が化学物質を吸着する。ポリシロキサン化合物が化学物質を吸着したとき、感応部３０の体積が変化する。詳細には、感応部３０が膨張又は収縮する。感応部３０の体積が変化することによって、感応部３０における導電材料同士の位置関係が変化する。導電材料同士の位置関係が変化することによる電流の経路が変化し、電気抵抗等の電気特性が変化する。例えば、感応部３０が化学物質を吸着すると、感応部３０が膨張し、導電材料同士の接触が減り、感応部３０の電気抵抗が上昇する。検出器６０は、感応部３０の電気抵抗等の電気特性を検出する。これにより、ガスセンサ１００は、ガス中の化学物質を検出することができる。
　なお、ガスセンサ１００は、検出器６０を備えていなくてもよく、第１電極２０の端子部２０ａと、第２電極２５の端子部２５ａとを外部の検出器に接続することで、上記のようなガス中の化学物質の検出を行ってもよい。
　なお、ガスセンサ１００は、第１電極２０と第２電極２５との間に定電圧を印加した状態での第１電極２０と第２電極２５との間に流れる電流の値から化学物質を検出してもよい。ガスセンサ１００は、感応部３０に定電流を流した状態での第１電極２０と第２電極２５との間の電圧降下量から化学物質を検出してもよい。検出器６０は、例えば、上述のようにして電流又は電圧を測定する電流測定器又は電圧測定器である。検出器６０は、感応部３０の電気抵抗の指標を、電流信号又は電圧信号として出力してもよい。すなわち、ガスセンサ１００は、感応部３０の電気抵抗の変化に応じて変化する指標に基づいて化学物質を検出すればよい。
　次に、本実施の形態に係るガスセンサ集合体を説明する。
　図４は、本実施の形態に係るガスセンサ集合体の概略構成を示す平面図である。図４に示されるように、ガスセンサ集合体２００は、複数のガスセンサ１００と基板２１０とを備える。
　基板２１０は、例えば、板状である。基板２１０は、例えば、平面視で矩形の形状を有する。基板２１０は、互いに向かい合う１対の端面を２組有する。
　基板２１０の上に、上記のガスセンサ１００が複数配置されている。複数のガスセンサ１００から選ばれる少なくとも２つのガスセンサ１００それぞれの感応部３０は、互いに異なる材料によって構成されていてもよい。具体的には、複数のガスセンサ１００から選ばれる少なくとも２つのガスセンサ１００それぞれの感応部３０に含まれるポリシロキサン化合物の種類が互いに異なっていてもよい。また、全ての複数のガスセンサ１００のそれぞれの感応部３０に含まれるポリシロキサン化合物の種類が互いに異なっていてもよい。この場合、種類が互いに異なったポリシロキサン化合物が含まれる感応部３０を備える２つ以上のガスセンサ１００は、特定の化学物質に対して、互いに異なる挙動を示す。例えば、特定のガスセンサ１００に吸着されにくい化学物質は、他のガスセンサ１００に吸着されやすい。これにより、ガスセンサ集合体２００（つまり、複数のガスセンサ１００）を化学物質等の識別に用いる場合の識別精度を高めることができる。
　ガスセンサ集合体２００が備えている複数のガスセンサ１００の数は、特に限定されない。検出又は識別する化学物質の種類等に応じて、ガスセンサ集合体２００が備えている複数のガスセンサ１００の数は設定される。図４に示されるように、複数のガスセンサ１００の数は、例えば、１６である。図４では、基板２１０の１対の端面の一方から他方に向かう方向に、４つのガスセンサ１００が並んでいる。基板２１０の他の１対の端面の一方から他方に向かう方向に、４つのガスセンサ１００が並んでいる。つまり、複数のガスセンサ１００は、４行４列の行列状に配置されている。なお、複数のガスセンサ１００の配置は、特に制限されない。
　また、ガスセンサ集合体２００に備えられる複数のガスセンサは、少なくとも１つのガスセンサ１００を含んでいればよい。例えば、ガスセンサ集合体２００には、ガスセンサ１００以外に、ガスセンサ１００の上記のポリシロキサン化合物に変えて、ポリシロキサン化合物以外の吸着材を有する感応部を備えるガスセンサが含まれていてもよい。ポリシロキサン化合物以外の吸着材としては、上記で例示したポリシロキサン化合物以外の吸着材が挙げられる。
　次に、本実施の形態に係るガスセンサ集合体２００を用いた、ガス中の化学物質の識別方法の一例を説明する。図５は、本実施の形態に係るガスセンサ集合体２００を用いた化学物質識別方法のフローチャートである。
　まず、化学物質を含むガスにガスセンサ集合体２００を暴露させる（ステップＳ１１）。例えば、窒素等の不活性ガスの気流中にガスセンサ集合体２００を置く。そして、気流中に一定時間、化学物質を混入する。また、ガスセンサ集合体２００を、配管に接続された密閉容器に配置し、密閉容器内に配管を通じて、窒素等の不活性ガスと、化学物質を含むガスとを排他的に導入してもよい。このようにして、ガスセンサ集合体２００は、化学物質を含むガスに暴露される。ガスは、例えば、化学物質として揮発性有機化合物を含む。揮発性有機化合物は、水素結合供与体分子であってもよい。
　次に、化学物質を含むガスに暴露させたガスセンサ集合体２００から出力される経時変化データを取得する（ステップＳ１２）。経時変化データは、ガスセンサ集合体から出力される信号の一例である。例えば、検出器６０によって、化学物質を混入する前後を含めた期間における感応部３０の電気抵抗等が取得され、経時変化データを含む信号として出力される。出力される信号は、例えば、電圧信号又は電流信号である。これにより、例えば、複数のガスセンサ１００のそれぞれの、検出器６０から出力された感応部３０の電気抵抗等の経時変化データを取得できる。
　次に、ステップＳ１２で取得した経時変化データから、化学物質の識別に用いるための特徴量を算出する（ステップＳ１３）。具体的には、取得した経時変化データから、複数のガスセンサ１００のそれぞれに対応する経時変化データの特徴量を算出する。特徴量は、例えば、化学物質の混入している間の電気抵抗と化学物質を混入していない間の電気抵抗との差又は比である。特徴量は、電気抵抗の差又は比に限らず、化学物質の混入を開始した際、又は、化学物質の混入を終了した際の電気抵抗の時間当たりの変化量、つまり、経時変化データにおける電気抵抗の傾きであってもよい。また、化学物質を混入した際に得られる経時変化データの波形に基づいた特徴量（例えば、経時変化データの主成分分析によって得られる固有値）が用いられてもよい。また、出力される信号の種類に応じて、電気抵抗の代わりに電圧又は電流等の値が特徴量の算出に用いられてもよい。算出される特徴量の数は、特に制限されず、各ガスセンサ１００に対して１つであってもよく、各ガスセンサ１００に対して複数であってもよい。このように、化学物質の識別には、化学物質の混入によるガスセンサ１００の感応部３０の電気特性の変化に関する特徴量が用いられうる。
　次に、化学物質の識別のための論理モデルを用い、ステップＳ１３で算出した特徴量に基づいて、ガスに含まれる化学物質の識別を行う（ステップＳ１４）。例えば、コンピュータ等を用いて、化学物質の識別に用いる論理モデルに、ガスセンサ集合体２００の検出結果である経時変化データから算出された特徴量（つまり複数のガスセンサ１００のそれぞれに対応する特徴量）を入力することで、化学物質の識別を行う。論理モデルは、あらかじめ機械学習によって学習された学習済み論理モデルである。論理モデルは、例えば、複数の識別対象となる化学物質のうち、いずれの化学物質であるかを識別結果として出力する。複数の識別対象となる化学物質は、例えば、水素結合供与体分子を含む。
　化学物質の識別に用いる論理モデルは、例えば、コンピュータ等を用いて、既知の化学物質に関して算出した特徴量を用いた機械学習により構築する。例えば、識別対象となる複数の化学物質それぞれについて、上記ステップＳ１３と同様の方法で複数のガスセンサ１００のそれぞれに対応する特徴量を算出する。つまり、各化学物質に対して、複数のガスセンサ１００の数だけ特徴量が算出される。そして、算出された特徴量を説明変数として教師データに用いて機械学習を行うことで論理モデルを構築する。機械学習における論理モデルの構築に用いられる方法は、特に制限されない。機械学習における論理モデルの構築には、例えば、ランダムフォレストが用いられる。機械学習における論理モデルの構築には、ニューラルネットワーク、サポートベクターマシン又は自己組織化マップが用いられてもよい。
　なお、化学物質の識別の方法は、上記方法に限らず、クラスタ分析、遺伝的アルゴリズム及びｋ－ｍｅａｎｓ法等の機械学習以外の判別分析を用いた方法であってもよい。また、上記の識別の方法は、ガスセンサ集合体２００を用いた臭いの識別又は強度検出に適用されてもよい。
　また、ガスセンサ集合体２００は、ステップＳ１２からステップＳ１４の処理を行う処理部を備えていてもよい。処理部は、上記処理を行うプログラムを内蔵するマイコン又はプロセッサ等によって実現される。
　また、ガスセンサ集合体２００の代わりに、１以上のガスセンサ１００を用いて、上述の方法で化学物質を識別してもよい。
　本開示を実施例に基づき、具体的に説明する。ただし、本開示は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。以下の実施例の説明において、ベンズアルデヒドを「Ｂｚ」と表記する場合があり、ノナナールを「Ｎｎ」と表記する場合があり、ピロールを「Ｐｒ」と表記する場合がある。
　（ガスセンサの作製）
　［サンプル１］
　図１及び図２で示されるガスセンサ１００と同様の構造になるようにサンプル１のガスセンサを作製した。具体的には、まず、第１電極及び第２電極のそれぞれを平面視形状が円形の基板の上に配置した。第１電極及び第２電極のそれぞれには、白金を用い、基板としては、シリコン基板を用いた。
　次に、第１電極及び第２電極のそれぞれを絶縁層の前駆体層によって被覆した。前駆体層の材料には、ＳｉＯ２を用いた。前駆体層に４つの第１開口部及び４つの第２開口部を設けることによって、絶縁層を作製した。第１開口部及び第２開口部のそれぞれは、平面視で円の形状を有していた。平面視での第１開口部及び第２開口部の直径は、それぞれ、５μｍであった。
　次に、感応部の材料として導電材料及び吸着材を含む塗布液を絶縁層に円の形状で塗布し、塗布膜を形成した。塗布液の溶媒として、酢酸へキシル及びジメチルホルムアミドを用いた。導電材料として、カーボンブラックを用いた。吸着材として、側鎖にシアノプロピル基を有するポリシロキサン化合物であるシアノプロピルメチル－ジメチルポリシロキサン（ジーエルサイエンス社製、商品名ＯＶ－１０５）を用いた。塗布膜を１４０℃で乾燥させることによって感応部を形成した。感応部の重量に対する導電材料の重量の比率は、０．５であった。また、感応部の直径は９００μｍであった。このようにしてサンプル１のガスセンサを得た。
　［サンプル２］
　感応部の吸着材として、側鎖にシアノプロピル基を有するポリシロキサン化合物であるシアノプロピルフェニル－ジメチルポリシロキサン（ジーエルサイエンス社製、商品名ＯＶ－１７０１）を用いた以外は、サンプル１と同じ方法によって、ガスセンサを作製し、サンプル２のガスセンサを得た。
　［サンプル３］
　感応部の吸着材として、側鎖にシアノプロピル基を有するポリシロキサン化合物であるシアノプロピルメチル－フェニルメチルポリシロキサン（ジーエルサイエンス社製、商品名ＯＶ－２２５）を用いた以外は、サンプル１と同じ方法によって、ガスセンサを作製し、サンプル３のガスセンサを得た。
　［サンプル４］
　感応部の吸着材として、側鎖にシアノプロピル基を有するポリシロキサン化合物であるビスシアノプロピル－シアノプロピルフェニルポリシロキサン（Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ社製、商品名ＳＰ－２３３０）を用いた以外は、サンプル１と同じ方法によって、ガスセンサを作製し、サンプル４のガスセンサを得た。
　［サンプル５］
　感応部の吸着材として、側鎖にシアノプロピル基を有するポリシロキサン化合物であるビスシアノプロピルポリシロキサン（Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ社製、商品名ＳＰ－２３４０）を用いた以外は、サンプル１と同じ方法によって、ガスセンサを作製し、サンプル５のガスセンサを得た。
　［サンプル６］
　感応部の吸着材として、側鎖にシアノプロピル基を有するポリシロキサン化合物であるビスシアノプロピルポリシロキサン（ジーエルサイエンス社製、商品名ＯＶ－２７５）を用いた以外は、サンプル１と同じ方法によって、ガスセンサを作製し、サンプル６のガスセンサを得た。
　［サンプル７］
　感応部の吸着材として、側鎖が炭化水素基から構成されたポリシロキサン化合物であるジメチルポリシロキサン（ジーエルサイエンス社製、商品名ＯＶ－１０１）を用いた以外は、サンプル１と同じ方法によって、ガスセンサを作製し、サンプル７のガスセンサを得た。
　［サンプル８］
　感応部の吸着材として、側鎖が炭化水素基から構成されたポリシロキサン化合物であるフェニルメチル－ジメチルポリシロキサン（ジーエルサイエンス社製、フェニル比率１０％、商品名ＯＶ－３）を用いた以外は、サンプル１と同じ方法によって、ガスセンサを作製し、サンプル８のガスセンサを得た。
　［サンプル９］
　感応部の吸着材として、側鎖が炭化水素基から構成されたポリシロキサン化合物であるフェニルメチル－ジメチルポリシロキサン（ジーエルサイエンス社製、フェニル比率２０％、商品名ＯＶ－７）を用いた以外は、サンプル１と同じ方法によって、ガスセンサを作製し、サンプル９のガスセンサを得た。
　［サンプル１０］
　感応部の吸着材として、側鎖が炭化水素基から構成されたポリシロキサン化合物であるフェニルメチル－ジメチルポリシロキサン（ジーエルサイエンス社製、フェニル比率５０％、商品名ＯＶ－１７）を用いた以外は、サンプル１と同じ方法によって、ガスセンサを作製し、サンプル１０のガスセンサを得た。
　［サンプル１１］
　感応部の吸着材として、側鎖が炭化水素基から構成されたポリシロキサン化合物であるフェニルメチル－ジフェニルポリシロキサン（ジーエルサイエンス社製、フェニル比率６５％、商品名ＯＶ－２２）を用いた以外は、サンプル１と同じ方法によって、ガスセンサを作製し、サンプル１１のガスセンサを得た。
　［サンプル１２］
　感応部の吸着材として、側鎖が炭化水素基から構成されたポリシロキサン化合物であるフェニルメチル－ジフェニルポリシロキサン（ジーエルサイエンス社製、フェニル比率７５％、商品名ＯＶ－２５）を用いた以外は、サンプル１と同じ方法によって、ガスセンサを作製し、サンプル１２のガスセンサを得た。
　［サンプル１３］
　感応部の吸着材として、Ｎ，Ｎ－ビス（２－シアノエチル）ホルムアミドを用いた以外は、サンプル１と同じ方法によって、ガスセンサを作製し、サンプル１３のガスセンサを得た。
　（熱重量分析）
　サンプル１から１３のガスセンサにおける感応部の吸着材について、熱重量分析を実施した。具体的には、熱重量分析装置を用いて、大気雰囲気下、１０℃／ｍｉｎの昇温速度で、３５℃から４００℃まで昇温させる条件で熱重量分析を行った。サンプル１から６のガスセンサにおける感応部の吸着材についての熱重量分析結果を図６に示す。また、サンプル７から１３のガスセンサにおける感応部の吸着材についての熱重量分析結果を図７に示す。図６及び図７において、横軸は温度を示し、縦軸は、３５℃における吸着材の重量に対する重量比率を示す。
　図６及び図７に示されるように、サンプル１から１２のガスセンサにおける感応部の吸着材では、いずれも、３５℃における吸着材の重量に対して、５％以上の重量減少が生じる温度は２５０℃以上であった。これに対して、サンプル１３のガスセンサにおける感応部の吸着材では、３５℃における吸着材の重量に対して、５％以上の重量減少が生じる温度は２５０℃未満であった。このように、サンプル１から１２のガスセンサにおける感応部の吸着材であるポリシロキサン化合物は、高い熱安定性を有するという結果が得られた。
　（検出結果の変化の評価）
　サンプル５のガスセンサと、サンプル１３のガスセンサとについて、ガスセンサ作製から０日（つまりガスセンサ作製の当日）と、６か月後とで、ガス中の化学物質の検出結果の変化を評価した。ガスセンサは、室温、大気下で保管した。
　検出結果の評価では、ガスセンサに電気抵抗を検出する検出器を接続し、ガスセンサの電気抵抗の検出信号を取得した。具体的には、ガスセンサを窒素気流中に置き、気流中に化学物質としてベンズアルデヒドを２ｐｐｍの濃度で１５秒間混入させることと、窒素のみの気流を１５秒間流すこととを繰り返している間のガスセンサの電気抵抗の検出信号を検出器から取得した。つまり、ガスセンサの電気抵抗の経時変化データを取得した。サンプル５のガスセンサの検出結果を図８に示し、サンプル１３のガスセンサの検出結果を図９に示す。図８及び図９において、横軸は経過時間を示し、縦軸は、規格化された検出信号の強度（つまり感応部の電気抵抗の指標）を示す。また、図８及び図９において、破線のグラフは、ガスセンサ作製から０日の検出結果を示し、実線のグラフは、ガスセンサ作製から６か月後の検出結果を示す。なお、図８及び図９において、見やすさのため、６か月後の検出結果のグラフは、上方にスライドさせて示されている。
　図８に示されるように、サンプル５のガスセンサでは、ガスセンサ作製から０日と、６か月後とのどちらの検出結果においても、ノイズの小さい経時変化データが得られた。これに対して、図９に示されるように、サンプル１３のガスセンサでは、ガスセンサ作製から６か月後の検出結果において、ノイズの大きい経時変化データが得られた。このように、３５℃における吸着材の重量に対して、５％以上の重量減少が生じる温度は２５０℃以上である吸着材を含む感応部を備えるサンプル５のガスセンサは、長期間保管された場合にも、ノイズが小さい検出結果が得られることが判明した。
　（ガスセンサ集合体の作製）
　上記サンプル１から１２のガスセンサを用いて、ガスセンサ集合体を作製した。
　［サンプル１４］
　平面視形状が矩形のシリコン基板上に、上記サンプル１からサンプル６のガスセンサをそれぞれ１つずつ、つまり合計６つのガスセンサを２行３列の行列状に配置した。このようにしてサンプル１４のガスセンサ集合体を得た。また、サンプル１４のガスセンサ集合体に備えられる６つのガスセンサ（つまりサンプル１からサンプル６のガスセンサ）それぞれに電気抵抗を検出する検出器を接続した。１つのガスセンサに対しては、１つの検出器を接続した。
　［サンプル１５］
　平面視形状が矩形のシリコン基板上に、上記サンプル７からサンプル１２のガスセンサをそれぞれ１つずつ、つまり合計６つのガスセンサを２行３列の行列状に配置した。このようにしてサンプル１５のガスセンサ集合体を得た。また、サンプル１５のガスセンサ集合体に備えられる６つのガスセンサ（つまりサンプル７からサンプル１２のガスセンサ）それぞれに電気抵抗を検出する検出器を接続した。１つのガスセンサに対しては、１つの検出器を接続した。
　（化学物質の識別）
　［実施例１］
　（１）特徴量の取得
　まず、サンプル１４のガスセンサ集合体を窒素気流中に置き、気流中に化学物質としてベンズアルデヒドを２ｐｐｍの濃度で３０秒間混入させ、化学物質混入開始の３０秒前から化学物質混入終了の３０秒後までのガスセンサの電気抵抗を検出器から取得した。これにより、サンプル１からサンプル６のガスセンサの感応部のそれぞれについて、電気抵抗の経時変化データを取得した。取得した６つの経時変化データそれぞれについて、化学物質混入開始前の電気抵抗値ａと化学物質混入中の電気抵抗値ｂと化学物質混入終了後に所定時間が経過した時の電気抵抗値ｃとを取得した。取得した電気抵抗値ａ、ｂ及びｃから、電気抵抗値ａ及び電気抵抗値ｂの平均値と電気抵抗値ｃとの比である特徴量Ｒ（Ｒ＝ｂ／（ａ／２+ｃ／２））を算出した。つまり、ベンズアルデヒドについて、サンプル１からサンプル６のガスセンサのそれぞれに対応する１セットとしての特徴量Ｒとして、６個の特徴量Ｒを取得した。
　この経時変化データの取得の操作を３０回繰り返し、ベンズアルデヒドについて、サンプル１からサンプル６のガスセンサそれぞれに対応する特徴量Ｒを３０セット取得した。
　次に、化学物質としてベンズアルデヒドの代わりにノナナール及びピロールそれぞれに変えて、上記と同様の操作を行った。これにより、ノナナールについて、サンプル１からサンプル６のガスセンサそれぞれに対応する特徴量Ｒを３０セット取得し、ピロールについて、サンプル１からサンプル６のガスセンサそれぞれに対応する特徴量Ｒを３０セット取得した。
　ベンズアルデヒド、ノナナール及びピロールのうち、ベンズアルデヒド及びノナナールは水素結合受容体分子であり、ピロールは水素結合供与体分子である。
　（２）論理モデルの構築
　上記「（１）特徴量の取得」で取得したベンズアルデヒド、ノナナール及びピロールのそれぞれについての３０セットの特徴量Ｒのうち、任意に選択した５セットの特徴量Ｒを用いて、機械学習により論理モデルを構築した。機械学習における論理モデルの構築には、サンプル１からサンプル６のガスセンサそれぞれに対応する６個の特徴量Ｒを条件分岐に用いたランダムフォレストを用いた。このようにして、ベンズアルデヒド、ノナナール及びピロールについてのそれぞれについての５セットの特徴量Ｒを説明変数として教師データに用いて機械学習を行うことで、化学物質を識別するためのランダムフォレストの論理モデルを構築した。
　（３）化学物質の識別
　上記「（１）特徴量の取得」で取得したベンズアルデヒド、ノナナール及びピロールのそれぞれについての３０セットの特徴量Ｒのうち、上記「（２）論理モデルの構築」で用いていない２５セットの特徴量Ｒを用いて、化学物質の識別を行った。具体的には、ベンズアルデヒド、ノナナール及びピロールのそれぞれについての２５セットの特徴量Ｒから、構築された論理モデルによって化学物質の識別を行った。つまり、ベンズアルデヒド、ノナナール及びピロールそれぞれについて、化学物質の識別を２５回行った。識別した結果を表１に示す。
　表１において、各セルには、セルが位置する列の最上部に記載された化学物質（Ｂｚ、Ｎｎ又はＰｒ）を混入した検出結果から算出された特徴量Ｒを入力した際に、構築された論理モデルによって、当該セルが位置する行の最左部に記載された化学物質（Ｂｚ、Ｎｎ又はＰｒ）であると識別された回数が記載されている。つまり、最上部と最左部とに記載された化学物質が同じになるセルの数値が、識別が正しかった回数であり、最上部と最左部とに記載された化学物質が異なるセルの数値が、識別が間違っていた回数である。これらは、後述する表２においても同様である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示されるように、実施例１においては、混入した化学物質と、識別された化学物質とが、３種類全ての化学物質のそれぞれにおいて、２５回すべて一致した。各化学物質の識別を行った合計回数（７５回）に対して、正しい識別結果を得られた回数（７５回）の割合は１００％であった。このように、感応部の吸着材として、側鎖にシアノプロピル基を有するポリシロキサン化合物を含むサンプル１から６のガスセンサを用いて、化学物質の識別を行った場合には、良好な識別結果が得られた。つまり、実施例１においては、サンプル１４のガスセンサ集合体（つまり、サンプル１からサンプル６のガスセンサ）を用いることで、化学物質を識別する場合の識別精度が高かった。
　［比較例１］
　ガスセンサ集合体として、サンプル１５のガスセンサ集合体を窒素気流中に置いた以外は、実施例１の「（１）特徴量の取得」から「（３）化学物質の識別」までと同様の操作で、化学物質の識別を行った。識別した結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　比較例１においては、化学物質としてピロールを混入させた場合に、２５回中、１６回ベンズアルデヒドであると識別され、９回しかピロールであると識別されなかった。各化学物質の識別を行った合計回数（７５回）に対して、正しい識別結果を得られた回数（５９回）の割合は７９％であった。このように、感応部の吸着材として、側鎖が炭化水素基から構成されたポリシロキサン化合物を含むサンプル７から１２のガスセンサを用いて、化学物質の識別を行った場合には、水素結合供与体分子であるピロールについて、良好な識別結果が得られなかった。
　以上、本開示に係るガスセンサ等について、実施の形態及び実施例に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態及び実施例に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を実施の形態及び実施例に施したもの、ならびに、実施の形態及び実施例における一部の構成要素を組み合わせて構築される別の形態も、本開示の範囲に含まれる。
　本開示に係るガスセンサ、ガスセンサ集合体及び化学物質識別方法は、ガス中の化学物質等の検出又は識別などに有用である。
　１０、２１０　基板
　１１　第１壁部
　１２　第２壁部
　２０　第１電極
　２０ａ、２５ａ　端子部
　２５　第２電極
　３０　感応部
　４０　絶縁層
　４５　第１開口部
　４６　第２開口部
　６０　検出器
　１００　ガスセンサ
　２００　ガスセンサ集合体

Claims (11)

  1. 　感応部と、
    　それぞれが前記感応部に電気的に接続されている一対の電極と、を備え、
    　前記感応部は、
    　導電材料と、
    　シロキサン結合を主鎖構造として有する高分子と、を有し、
    　前記高分子は、側鎖にシアノ基を有する、
    　ガスセンサ。
  2. 　前記高分子は、前記側鎖に前記シアノ基と主鎖との間に位置するアルキレン基を有する、
    　請求項１に記載のガスセンサ。
  3. 　前記高分子は、前記側鎖にシアノプロピル基を有する、
    　請求項２に記載のガスセンサ。
  4. 　前記高分子は、ビスシアノプロピルポリシロキサン構造と、シアノプロピルメチル－ジメチルポリシロキサン構造と、ビスシアノプロピル－シアノプロピルフェニルポリシロキサン構造と、シアノプロピルフェニル－ジメチルポリシロキサン構造と、シアノプロピルメチル－フェニルメチルポリシロキサン構造と、からなる群の中から選択される少なくとも一つを有する、
    　請求項１から３のいずれか１項に記載のガスセンサ。
  5. 　前記高分子の大気雰囲気下の熱重量分析において、３５℃における前記高分子の重量に対して、５％以上の重量減少が生じる温度は２５０℃以上である、
    　請求項１から４のいずれか１項に記載のガスセンサ。
  6. 　前記感応部の電気抵抗を検出する検出器をさらに備える、
    　請求項１から５のいずれか１項に記載のガスセンサ。
  7. 　前記導電材料は、導電性粒子であり、
    　前記導電性粒子の平均粒径は、１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲である、
    　請求項１から６のいずれか１項に記載のガスセンサ。
  8. 　前記感応部の重量に対する前記導電材料の重量の比率は、０．０５以上０．９５以下の範囲である、
    　請求項１から７のいずれか１項に記載のガスセンサ。
  9. 　前記感応部は膜状である、
    　請求項１から８のいずれか１項に記載のガスセンサ。
  10. 　複数のガスセンサを備え、
    　前記複数のガスセンサのうち少なくとも１つは、請求項１から９のいずれか１項に記載のガスセンサである、
    　ガスセンサ集合体。
  11. 　請求項１０に記載のガスセンサ集合体を用いた化学物質識別方法であって、
    　化学物質を含むガスに暴露させた前記ガスセンサ集合体から出力される信号を取得するステップと、
    　取得した前記信号から特徴量を算出するステップと、
    　算出した前記特徴量に基づいて、前記ガスに含まれる前記化学物質の識別を行うステップと、を含む、
    　化学物質識別方法。
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