2019 Fiscal Year Annual Research Report
Electron transportation at the carbon nanotube interface -toward ubiquitous gas sensor-
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18K18826
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
井上 修平 広島大学, 工学研究科, 准教授 (60379899)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
千足 昇平 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (50434022)
井ノ上 泰輝 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (00748949)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | センサー / カーボンナノチューブ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の直接的な目的は、カーボンナノチューブ（CNT）を利用した超低電力ガスセンサーを実現するためにガス分子吸着による応答メカニズムを解明することである。吸着平衡定数の計測と初期応答の測定によりCNTへのガス分子吸着の基礎特性を調べる。広い意味での目的はナノスケール界面での電子輸送を明らかにすることであり、エレクトロニクスや生体医工学の分野への波及・貢献において期待できる。
現在主流のガスセンサーは消費電力が大きく、電源から独立して使用することができない。これは分子吸着によるキャリア濃度の変化を利用するため反応性を高める必要があるからである。小型化による対応が行われているが既存技術の延長で限界が見えている。本研究で対象とするセンサーはCNT－CNT界面でのキャリア移動度の変化を利用するため加熱電源が不要、且つ応答原理に吸着ガス分子の３つの物理特性（分子直径、吸着エネルギー、誘電率）が影響するため単独で分子種の特定が可能となる。これは現時点では実現していない夢の技術である。
上記の目的を実現するため申請者らは真空中でCNT薄膜への分子吸着実験を行った。基板上にスパゲッティ状に塗布されたCNT-CNT界面への分子吸着が近傍の誘電率に影響を与えることで薄膜の電気伝導性が変化することが実験的に確認された。実用化を視野に入れると高い感度が望ましいが、薄膜の厚みがどの程度影響を与えるかを実験的に観察した当初、CNTネットワークは空隙が大きく、分子スケールから考えると厚みはほとんど影響を与えないものと思われた。しかし厚みを変化させてみると明らかに厚みが増すと感度が落ちることから影響があることが分かった。申請者らは膜厚を細かく変化させて影響を観察することで吸着分子の実行浸透深さを求めることに成功した。
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