ハイブリッド構造創成技術による極低濃度ガス分子検出ナノメカニカルセンサの開発

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25289011
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 割澤 伸一 東京大学, 新領域創成科学研究科, 教授 (20262321)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山田 一郎 東京大学, 新領域創成科学研究科, 特任研究員 (70345081) ; 米谷 玲皇 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (90466780)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: メカニカル振動子 / ハイブリッド構造 / ガスセンシング / ブロック共重合体ナノ構造 / グラフェン / ガス弁別機能

Outline of Annual Research Achievements

PS-b-PMMAのブロック共重合体をメカニカル振動子表面にディップコーティングし，アニール処理，紫外線照射，酢酸浸漬のプロセスを経ることによって，ナノポーラス構造を振動子表面に構成することに成功した．ナノポーラス構造は表面積を増大させる効果があり，その構成材料であるポリマー（PSあるいはPMMA）はガス吸着剤として機能することが期待される．そこで，PMMAだけを製膜した場合，PS-b-PMMAを製膜した場合，PS-b-PMMAをポーラス構造まで処理した場合について，アルゴンガスやアセトンガス混合アルゴンガスの暴露をON-OFFさせて振動子の共振周波数変化を計測し比較した．その結果，PS-b-PMMAをポーラス構造とした場合に，時間応答性が高く振動子の共振周波数変化が計測できることを確認した． 次に，CVDグラフェンの抵抗の時間変化を計測して弁別機能を実装することとした．具体的には，シリコン基板上製膜されたCVDグラフェンに金電極を製膜し二単子で抵抗計測できるものをメカニカル振動子とは別に構成した．窒素ガス暴露，アセトン混合窒素ガス暴露の両ケース下にて，CVDグラフェンの抵抗値の時間変化を計測した．特に，ガス濃度一定条件下における抵抗値の時間変化，すなわち，雑音成分に着目した．大気圧の窒素ガスを暴露したときの雑音成分，大気圧の窒素・アセトン混合ガス（アセトン濃度を３通りに変化）を暴露した時の雑音成分，をそれぞれ計測した．各条件16000点のデータを取得して相互相関を分析した結果，ガスの相違に対して有意差があることを確認し，抵抗雑音成分を分析することによって弁別が可能であることを確認した． 以上により，少なくともブロック共重合体ナノ構造をハイブリッド構成したメカニカル振動子とグラフェン薄膜とを組み合わせれば，アセトンガスの濃度検出機能と弁別機能が実装できると結論付けられる．

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Causes of Carryover

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Expenditure Plan for Carryover Budget

27年度が最終年度であるため、記入しない。