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2022 Fiscal Year Annual Research Report

ストレッチャブルシステムの社会実装に向けた超柔軟材料のR2R加工プロセスの開発

Research Project

Project/Area Number 20H00213
Research InstitutionYokohama National University

Principal Investigator

太田 裕貴  横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (30528435)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 上野 和英  横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (30637377)
藤枝 俊宣  東京工業大学, 生命理工学院, 准教授 (70538735)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2024-03-31
KeywordsR2Rプロセス / 液体金属 / ストレッチャブルデバイス
Outline of Annual Research Achievements

研究代表者はこれまでフレキシブル(曲げられる)システムの開発を推進してきた。フレキシブルデバイスを凌駕する次世代のデバイスは、肌のように超柔軟なストレッチャブル(伸縮可能な)素材を用いたシステムである。研究代表者は、そのために液体金属を用いたストレッチャブルセンサを世界に先駆け発表した。今後はセンサだけではなくシステムそのものが伸縮可能なストレッチャブルシステムが求められる。その社会実装のためのボトルネックは大量生産手法の欠如とシステムに蓄電能(バッテリ)がないことである。そこで本研究ではRoll-to-roll(R2R)加工を用いたストレッチャブルシステムの大量生産方法の確立と硬軟ヘテロ伸縮基板を用いたストレッチャブルシステムのR2R加工による実現を行った。まず、硬度の異なる3種類のポリマーを用いて、硬軟ヘテロ伸縮基板を作製した。硬い部分のパターン面積が0.78mm2と小さいポリマーフィルムを連続的に作製することに成功した。その上に、IC等の硬い固体電子素子を配置することによって全体が伸縮しても固体電子素子が保護される基板を作成した。さらに、R2Rコーティング・プロセスと液体金属配線のディスペンシング印刷を組み合わせることで、140ミクロンという微細な液体金属配線の形成が可能になった。このプロセスを用いることにより、一度に15個のストレッチャブルハイブリッド・デバイスのバッチ生産を可能にするとともに、最大400cm2の大面積デバイスの作製を可能にした。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

令和4年8月までに、R2Rプロセスでの硬軟ヘテロ基盤の作製、抵抗蒸着ユニットを用いた電子素子の作製を行い、令和5年3月までに、デモンストレーション用のデバイス作製、プリンテッドバッテリの開発を行う予定であった。当初の争点に反して予定していた実験装置および電子素子の納品が遅れR4年度に遅延が発生したものの他に独立して行うことができる検討を先に行うことで最終的には、研究概要に記載したように予定通りの結果を導き出すことができた。

Strategy for Future Research Activity

硬度の異なる3種類のポリマーを用いて、硬軟ヘテロ伸縮基板を作製する。その上に、IC等の硬い固体電子素子を配置することによって全体が伸縮しても固体電子素子が保護される基板を作製する。さらに、R2Rコーティング・プロセスと液体金属配線のディスペンシング印刷を組み合わせることで、微細な液体金属配線の形成を可能にする。このプロセスを用いることにより、一度に複数個のストレッチャブルハイブリッド・デバイスのバッチ生産を可能にするとともに、大面積デバイスを作製することで本研究を終了させる。

  • Research Products

    (9 results)

All 2022

All Journal Article (2 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Stretchable Gas Barrier Films Using Liquid Metal toward a Highly Deformable Battery2022

    • Author(s)
      Ochirkhuyag Nyamjargal、Nishitai Yuuki、Mizuguchi Satoru、Isano Yuji、Ni Sijie、Murakami Koki、Shimamura Masaki、Iida Hiroki、Ueno Kazuhide、Ota Hiroki
    • Journal Title

      ACS Applied Materials & Interfaces

      Volume: 14 Pages: 48123~48132

    • DOI

      10.1021/acsami.2c13023

  • [Journal Article] Transparent and Breathable Ion Gel‐Based Sensors toward Multimodal Sensing Ability2022

    • Author(s)
      Isano Yuji、Fujita Hajime、Murakami Koki、Ni Sijie、Kurotaki Yuta、Takano Tamami、Isoda Yutaka、Matsuda Ryosuke、Nakamura Fumika、Nishitai Yuuki、Ochirkhuyag Nyamjargal、Inoue Kota、Kawakami Hiroki、Okubo Yusuke、Ueno Kazuhide、Fujie Toshinori、Ota Hiroki
    • Journal Title

      Advanced Materials Technologies

      Volume: 7 Pages: 2200209

    • DOI

      10.1002/admt.202200209

  • [Presentation] 液体金属・機能性液体を利用したストレッチャブル電子素子の開発2022

    • Author(s)
      太田裕貴
    • Organizer
      有機バイオエレクトロニクス分科会 M&BE研究会
    • Invited
  • [Presentation] DXを支えるストレッチャブルマイクロデバイスの研究開発2022

    • Author(s)
      太田裕貴
    • Organizer
      日本機械学会2022年度年次大会
    • Invited
  • [Presentation] Stretchable gas barrier film using the liquid metal towards a highly deformable battery2022

    • Author(s)
      N. Ochirkhuyag, Y. Nishitai, S. Mizuguchi, Y. Isano, S. Ni, K. Murakami, M. Shimamura, H. Iida, K. Ueno, and H. Ota
    • Organizer
      The 39th International Conference of Photopolymer Science and Technology (ICPST39)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Transparent and breathable ion gel-based temperature and humidity selective sensors2022

    • Author(s)
      Y. Isano, H. Fujita, K. Murakami, S. Ni, Y. Kurotaki, T. Takano, Y. Isoda, R. Matsuda, F. Nakamura, Y. Nishitai, N. Ochirkhuyag, K. Inoue, H. Kawakami, Y. Okubo, K. Ueno, T. Fujie, H. Ota,
    • Organizer
      The 39th International Conference of Photopolymer Science and Technology (ICPST39)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ストレッチャブルデバイス基板のRoll-to-Roll生産プロセスの開発2022

    • Author(s)
      川上 寛樹, 長竹 恭平, 倪 思捷, 中村 文香, 堀井 辰衛, 藤枝俊宜, 太田 裕貴
    • Organizer
      第39回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
  • [Presentation] イオンゲルとポリマー薄膜を用いた透明・高通気性温湿度センサの開発2022

    • Author(s)
      伊佐野雄司,藤田創,村上航輝,倪思捷,黒瀧悠太,高野珠実,磯田豊,松田涼佑,中村史香,西躰優希,Nyamjargal Ochirkhuyag,井上航太,川上寛樹,大久保佑亮,上野和英,藤枝俊宣,太田裕貴
    • Organizer
      日本機械学会2022年度年次大会
  • [Presentation] ストレッチャブルデバイス基板のRoll-to-Roll生産プロセスの開発2022

    • Author(s)
      川上 寛樹, 長竹 恭平, 倪 思捷, 中村 文香, 堀井 辰衛, 藤枝俊宜, 太田 裕貴
    • Organizer
      日本機械学会 2022年度年次大会

URL: 

Published: 2024-12-25  

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