2020 Fiscal Year Research-status Report
Strain-Controlled Graphene-Nanoribbon-Base Biochemical Sensors with High Selectivity and Sensitivity
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20KK0083
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
鈴木 研 東北大学, 工学研究科, 准教授 (40396461)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
DAVEY THERESA 東北大学, 工学研究科, 助教 (10816987)
陳 迎 東北大学, 工学研究科, 教授 (40372403)
三浦 英生 東北大学, 工学研究科, 教授 (90361112)
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| Project Period (FY) |
2020-10-27 – 2023-03-31
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| Keywords | ガスセンサ / グラフェン / ひずみ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
グラフェンを利用したガスセンサにおいては，ガス吸着にともなうグラフェンの電気抵抗変化を利用する。したがって，センサ感度やガス選択性は，ガス分子との相互作用によるグラフェンの電子状態変化に依存する．そこで，第一原理手法を用いて，水分子と一酸化炭素分子吸着によるグラフェンシートのバンド構造及び電荷密度の変化を検討した．グラフェンと吸着分子の有効電荷を解析したことろ，水分子はアクセプターとして一酸化炭素はドナーとして作用することが確認された．
解析結果の妥当性及びひずみ制御によるガスセンサの感度向上及びガス選択性への影響を検討するため，サンプルの試作・評価を行った．解析によりシート状グラフェンでもひずみ負荷による吸着エネルギーの変化が示されているので，グラフェンシートを熱CVD法により成膜した後，ポリジメチルシロキサン(PDMS)基板上に転写し，Au/Pt電極をつけサンプルを作製した．試作したサンプルに対し軸方向引張試験を実施し，グラフェンシートの電気抵抗の変化を測定したところ，電気抵抗の顕著なひずみ依存性は見られなかった．一方，水蒸気を含んだガスを試作サンプル上面に断続的に流し，その際の電気抵抗を測定したところ，水蒸気の流入に対しグラフェンシートの抵抗が増加し水分子に対するセンサ機能が確認された．また，20%の引張りひずみをサンプルに負荷し同様の試験を行ったところ，無負荷時と比較し，電気抵抗変化率の増加と水分子脱離までの時間の短縮が確認され，ひずみ負荷によるセンサ機能向上の可能性が実験的にも示された．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究結果だけでなく，清華大学との共同研究も順調に進んでおり，センサ感度に及ぼすひずみ負荷の影響に関する実験も共同で行っている．
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| Strategy for Future Research Activity |
コロナウイルスの影響により清華大に頻繁に訪問して実験を行うことが難しい状況であるため，それぞれのグループがセンサの試作とセンサ感度，ガス選択性に及ぼすひずみの影響を検討する．オンラインでの研究打ち合わせを月１回程度のペースで行い，情報を共有する．コロナウイルス感染症の状況次第ではあるが，11月に清華大訪問予定である．
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| Causes of Carryover |
コロナウイルス感染症の影響により，共同研究先の清華大学への訪問が中止されたため，次年度使用額が生じた．ウイルス感染症の状況次第ではあるが，清華大学への訪問費用に充てる予定である．
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