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2016 Fiscal Year Annual Research Report

Element Blocks Based on Clusters and Nanoparticles of Metals and Semiconductors

Planned Research

Project AreaCreation of Element-Block Polymer Materials
Project/Area Number 24102004
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

渡辺 明  東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (40182901)

Project Period (FY) 2012-06-28 – 2017-03-31
Keywords無機高分子 / 無機元素ブロック / ナノ材料 / 光電子材料
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、金属および無機半導体系の元素ブロックを用いた新規光電子機能材料の開拓とそれらを用いた環境負荷の低い新規プロセスおよびデバイスの開発を目的として研究を行った。太陽電池用のエネルギーストレージデバイスを目指して、レーザー直接描画法よる平面型マイクロスーパーキャパシタ形成に関する検討を行った。基材のポリイミドに効率的に吸収される青紫色半導体レーザー(405 nm)を用いた直接描画法によって,レーザー描画により形成したカーボン材料系の平面型マイクロスーパーキャパシタ(MSC)としては世界最高レベルのエネルギー密度を達成した。
このような平面型MSCと太陽電池との組み合わせで,良好な給電・蓄電特性が観測されたが,ウェアラブルデバイス対応のフレキシブルなエネルギーストレージデバイスの開拓を目指して,光蓄電型平面MSCの検討を行った。レーザー直接描画で形成した対向する櫛形カーボンマイクロ電極の片側を正に印加することによって,酸化チタンナノ粒子分水溶液を用い,電気泳動堆積法により片側のカーボンくし型電極上に酸化チタンナノ粒子膜を堆積し,非対称マイクロ電極の形成を行った。UV光照射下での光電流および光起電力測定において,UV光on-off照射に対応した変化が観測された。
今後のIoTテクノロジーの普及においては,ワイヤレス技術が重要な要素となると考えられる。そこで,ポリマー分散Pdナノ粒子膜へのレーザー照射によってPd担持カーボン触媒層パターンを描画し,無電解Niめっきによってアンテナの形成を行った。アンテナへ ICチップを装着したNFCタグや平面型MSCとの組み合わせによるワイヤレス給電デバイス等への応用を検討した。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (21 results)

All 2017 2016

All Journal Article (9 results) (of which Peer Reviewed: 9 results,  Acknowledgement Compliant: 9 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 2 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] High-performance all-solid-state flexible carbon/TiO2 micro-supercapacitors with photo-rechargeable capability2017

    • Author(s)
      J. Cai, C. Lv, A. Watanabe
    • Journal Title

      RSC Advances

      Volume: 7 Pages: 415-422

    • DOI

      10.1039/C6RA25136F

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Modification of TiO2 Nanoparticles with Oleyl Phosphate via Phase Transfer in the Toluene-Water System and Application of Modified Nanoparticles to Cyclo-Olefin-Polymer-Based Organic-Inorganic Hybrid Films Exhibiting High Refractive Indices2017

    • Author(s)
      Shiori Takahashi, Shuhei Hotta, Akira Watanabe,\Naokazu Idota,\Kimihiro Matsukawa, Yoshiyuki Sugahara
    • Journal Title

      ACS Appl. Mater. Interfaces

      Volume: 9 Pages: 1907-1912

    • DOI

      10.1021/acsami.6b13208

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Selective metallization based on laser direct writing and additive metallization process2017

    • Author(s)
      Akira Watanabe, Jinguang Cai
    • Journal Title

      Proc. of SPIE

      Volume: 10092 Pages: Z-1-Z-8

    • DOI

      10.1117/12.2251167

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Laser direct writing of carbon/Au composite electrodes for high performance micro-supercapacitors2017

    • Author(s)
      Jinguang Cai, Akira Watanabe, Chao Lv
    • Journal Title

      Proc.of SPIE

      Volume: 10092 Pages: P-1-P-8

    • DOI

      10.1117/12.2251151

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Laser direct writing of high-performance flexible all-solid-state carbon micro-supercapacitors for an on-chip self-powered photodetection system2016

    • Author(s)
      Jinguang Cai, Chao Lv and Akira Watanabe,
    • Journal Title

      Nano Energy

      Volume: 30 Pages: 790-800

    • DOI

      10.1016/j.nanoen.2016.09.017

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] A versatile platform of catechol-functionalized polysiloxanes for hybrid nanoassembly and in situ surface enhanced Raman scattering applications2016

    • Author(s)
      Yida Liu, Ali Demirci, Huie Zhu, Jinguang Cai, Shunsuke Yamamoto, Akira Watanabe, Tokuji Miyashita and Masaya Mitsuishi
    • Journal Title

      J. Mater. Chem. C

      Volume: 4 Pages: 903-8910

    • DOI

      10.1039/C6TC02963A

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Laser Direct Writing Micro-Supercapacitors from Graphene Oxide Films2016

    • Author(s)
      Jinguang Cai, Akira Watanabe
    • Journal Title

      IEEE NANO 2016

      Volume: - Pages: 315-316

    • DOI

      10.1109/NANO.2016.7751433

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Laser Direct Writing of Conductive 3D Micropatterns Using Metal Nanoparticle Ink2016

    • Author(s)
      Akira Watanabe, Jinguang Cai
    • Journal Title

      IEEE NANO 2016

      Volume: - Pages: 697-698

    • DOI

      10.1109/ICIT.2016.7474911

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] 金属ナノ粒子を用いたレーザ直接描画法とそのデバイス応用2016

    • Author(s)
      渡辺明
    • Journal Title

      第85 回レーザ加工学会講演論文集

      Volume: - Pages: 104-109

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Laser direct writing of carbon/Au composite electrodes for high performance micro-supercapacitors2017

    • Author(s)
      Jinguang Cai, Akira Watanabe
    • Organizer
      SPIE Photonics West 2017
    • Place of Presentation
      USA, San Francisco
    • Year and Date
      2017-01-27 – 2017-02-02
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Selective metallization based on laser direct writing and additive metallization process2017

    • Author(s)
      Akira Watanabe, Jinguang Cai
    • Organizer
      SPIE Photonics West 2017
    • Place of Presentation
      USA, San Francisco
    • Year and Date
      2017-01-27 – 2017-02-02
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Optical and Electrical Materials and Devices Based on Inorganic Element Blocks2017

    • Author(s)
      Akira Watanabe, Cai Jingunag
    • Organizer
      THE 2nd INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON POLYMERIC MATERIALS BASED ON ELEMENT-BLOCKS
    • Place of Presentation
      Japan. Kyoto, Kyoto Institute of Technology
    • Year and Date
      2017-01-18 – 2017-01-19
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] High-performance carbon micro-supercapacitors by laser direct writing2016

    • Author(s)
      Jinguang Cai, Akira Watanabe
    • Organizer
      第65回高分子討論会
    • Place of Presentation
      神奈川県横浜市,神奈川大学横浜キャンパス
    • Year and Date
      2016-09-14 – 2016-09-16
  • [Presentation] レーザー直接描画法によるオンデマンド微細パターニングとデバイス応用2016

    • Author(s)
      渡辺 明, 蔡金光
    • Organizer
      第65回高分子討論会
    • Place of Presentation
      神奈川県横浜市,神奈川大学横浜キャンパス
    • Year and Date
      2016-09-14 – 2016-09-16
  • [Presentation] Laser Direct Writing Micro-Supercapacitors from Graphene Oxide Films2016

    • Author(s)
      Jinguang Cai, Akira Watanabe
    • Organizer
      IEEE NANO 2016
    • Place of Presentation
      Japan, Sendai, Sendai International Center
    • Year and Date
      2016-08-22 – 2016-08-25
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Laser Direct Writing of Conductive 3D Micropatterns Using Metal Nanoparticle Ink2016

    • Author(s)
      Akira Watanabe, Jinguang Cai
    • Organizer
      IEEE NANO 2016
    • Place of Presentation
      Japan, Sendai, Sendai International Center
    • Year and Date
      2016-08-22 – 2016-08-25
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 金属ナノ粒子を用いたレーザ直接描画法とそのデバイス応用2016

    • Author(s)
      渡辺 明
    • Organizer
      第85 回レーザ加工学会
    • Place of Presentation
      大阪府茨木市,大阪大学吹田キャンパス
    • Year and Date
      2016-06-09 – 2016-06-10
    • Invited
  • [Presentation] Cost-effective fabrication of high-performance flexible all-solid-state carbon micro-supercapacitors by blue-violet laser direct writin2016

    • Author(s)
      Jinguang Ca, Akira Watanabe
    • Organizer
      第65回高分子学会年次大会
    • Place of Presentation
      兵庫県神戸市,神戸国際会議場
    • Year and Date
      2016-05-25 – 2016-05-27
  • [Presentation] Formation of Copper Micro-Patterns on a Flexible Polymer Substrate via Laser Direct Writing Using Copper Nanoparticle and the Application to a Sensor Device2016

    • Author(s)
      Akira Watanabe, Jinguang Cai, Gang Qin, Lidan Fan
    • Organizer
      第65回高分子学会年次大会
    • Place of Presentation
      兵庫県神戸市,神戸国際会議場
    • Year and Date
      2016-05-25 – 2016-05-27
  • [Presentation] SERS sensor application of silver nanoparticle assembly induced by catechol functionalized polysiloxane2016

    • Author(s)
      Yida Liu, Ali Demirc, Huie Zhu, Shunsuke Yamamoto, Jinguang Cai, Akira Watanabe, Tokuji Miyashita, Masaya Mitsuishi SERS sensor application of silver nanoparticle assembly induced by catechol functionalized polysiloxane
    • Organizer
      第65回高分子学会年次大会
    • Place of Presentation
      兵庫県神戸市,神戸国際会議場
    • Year and Date
      2016-05-25 – 2016-05-27
  • [Book] 元素ブロック材料の創出と応用展開2016

    • Author(s)
      渡辺明
    • Total Pages
      13
    • Publisher
      シーエムシー出版

URL: 

Published: 2018-01-16  

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