2019 Fiscal Year Annual Research Report
内部構造制御による両面ナノペーパー配線基板の実現に向けた機能性発現
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19J20241
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
春日 貴章 大阪大学, 産業科学研究所, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| Keywords | セルロースナノファイバー / 湿度センサ / コンデンサ / 分解性センサデバイス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、(1)ナノペーパー基板の多層化に向けたナノペーパーの電気的特性評価，及び(2)水分によるナノペーパーの電気的特性への影響の評価を中心に行った。加えて、得られた知見を基に(3)ナノペーパーの積層性、吸水性、生分解性を活かしたセンサデバイス応用にも着手し、分解性無線湿度センサデバイスの開発に成功した。
(1)：ナノペーパーを誘電層とする評価用コンデンサを作製し、PET、ポリイミドなど一般的なプラスチックを誘電層としたコンデンサとの比較を行った。その結果、ナノペーパーコンデンサは、ポリイミド、PETを用いた場合と比較して3倍以上の静電容量を持つことが確認できた。また、ナノペーパー誘電層は厚さ数百nmまで薄膜化しても、コンデンサ誘電層として十分な絶縁性を保ち、優れた積層性も示すなど多層化への優れた適性を示した。
(2)：作製したナノペーパーコンデンサを恒温恒湿チャンバー内に設置し、25℃ 20%RH-80%RH環境下での静電容量を測定した。その結果、相対湿度の上昇に応じて、静電容量が最大5倍程度まで増加した。吸水による比誘電率の増加に加え、イオン伝導や電極近傍での電気二重層の形成など様々な要因が関係していることが考えられ、今後の原因究明が必要である。
(3)：ナノペーパーコンデンサの湿度に対する静電容量の変化を、無線信号の周波数の変化として出力することが可能な、紙ベースの分解性無線湿度センサデバイスを試作した。作製した無線湿度センサデバイスを屋外に設置し、経時的な無線信号の変化を観測したところ、時間の経過と共に発振周期が変化し、相対湿度の変化に追従していることが確認できた。作製したデバイスを土壌に埋設し、分解性を評価したところ、40日間でデバイス総体積の95％以上が分解することが確認できた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当該年度の研究計画に沿って、ナノペーパー基板の多層化に向けたナノペーパーの電気的特性評価及び水分によるナノペーパーの電気的特性への影響の評価を行い、ナノペーパーの多層素子・基板適性及び感湿特性を明らかにした。加えて、それらの特性を活かした分解性無線湿度センサデバイスの開発に成功するなど、当初の計画以上に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度研究成果から「紙」であるナノペーパーは大気中の水分を吸湿し、各種特性に影響を受けることを確認している。今後の方針としては信頼性評価の観点から、水分によるナノペーパーへの電気的特性への影響をより詳細に評価することが求められる．具体的には，湿潤したナノペーパーの絶縁特性を中心に評価する予定である。
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