2016 Fiscal Year Annual Research Report
セルロースナノペーパーを用いた不揮発性メモリの創製
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26220908
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
能木 雅也 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (80379031)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
柳田 剛 九州大学, 先導物質化学研究所, 教授 (50420419)
古賀 大尚 大阪大学, 産業科学研究所, 特任助教(常勤) (30634539)
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| Project Period (FY) |
2014-05-30 – 2019-03-31
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| Keywords | ナノセルロース / セルロースナノファイバー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、下記4つの課題に取り組みながら、電気抵抗変化現象を利用したペーパーデバイスの開発を行なった。以下に、それぞれの目標と実績を記す。
○ナノペーパーの内部構造制御：ナノペーパーの内部構造制御を目的として、ナノペーパーの顕微鏡観察とヘイズ値を指標として内部構造解析を行なった。その結果、ナノペーパーの内部に未解繊のマイクロサイズパルプ繊維が存在すると、ナノペーパーは全光線透過率を保持したまま、散乱光が増加することが明らかとなった。関連成果による発表は、論文1報、および、国際学会2件・国内学会1件である。
○ナノペーパーの透湿性評価：ナノペーパーの透湿性評価ならびに改善にむけて、ナノペーパーの吸湿性評価方法を確立した。さらに、ナノペーパーの透明性を保持したまま、吸湿製を改善する化学処理方法の開発にも成功した。関連成果による発表は、論文1報および国内学会1件である。
○無機ナノマテリアルとナノセルロースを界面相互作用並びに構造制御：水熱合成条件を改良し、超極細酸化亜鉛ナノワイヤ（径15-20 nm）の高速合成に成功した。また、界面相互作用を利用して、酸化亜鉛ナノワイヤとナノセルロースの複合ネットワーク構造を有するフレキシブルペーパー半導体を得た。関連成果発表は国内学会1件・国際学会3件で、論文発表も準備中である。
○ナノペーパーを絶縁層に用いたメモリの開発：基板・メモリ部位をナノセルロースにより構築し、セルロース成分99.3 vol%で優れたメモリ性能と生分解性を示す不揮発性抵抗変化型ペーパーメモリを開発した。関連成果による発表は、論文1報、および、国際学会5件・国内学会5件である。
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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
本年度は、以下２点において当初の計画以上の進展があった。
まず１つ目は、セルロースナノペーパーの内部構造を制御することによって（原著論文1）、電極以外全ての部位でセルロースだけを使用した電気抵抗変化型メモリデバイスの開発に成功した（原著論文2）。この知見は、メモリデバイス研究分野においてフレキシブル性のみならず生分解性という新たなコンセプトを世界で初めて提案したものである。もう一つは、無機ナノマテリアルとナノセルロースの界面相互作用並びに構造制御によって、複合ネットワーク構造を有するフレキシブルペーパー半導体を得た（論文投稿中）。この知見によって、次年度以降、メモリデバイスを超える新たな電気抵抗変化現象を利用したペーパーデバイスの提案が期待できる。
原著論文1 Scientific Reports 7(2017)41590
原著論文2 NPG Asia Materials 8(2016)e310
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| Strategy for Future Research Activity |
今後も下記3つの課題に取り組みながら、電気抵抗変化現象を利用したペーパーデバイスの開発に取り組む。
１．セルロースナノペーパー材料開発ならびに解析：セルロースナノペーパーの内部構造制御目指し、ナノペーパー内部構造のナノファイバー懸濁液濃度依存性を検討し、そのメカニズムを明らかにする。
２．電気抵抗変化現象メカニズム解明に向けたセルロースナノペーパー・無機複合材料の研究：
ナノセルロースと酸化亜鉛ナノワイヤを複合化したペーパー半導体について、電気抵抗変化の評価ならびに抵抗変化現象の解明を行う。
３．電気抵抗変化現象を利用したペーパーデバイスの研究：超極細酸化亜鉛ナノワイヤネットワークを用いて、基板・電極・センサが全て透明なセンサデバイスの構築を目指す。
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[Journal Article] All-Nanocellulose Nonvolatile Resistive Memory”2016
Author(s)
U. Celano, K. Nagashima, H. Koga, M. Nogi, F. Zhuge, G. Meng, Y. He, J. D. Boeck, M. Jurczak, W. Vandervorst, T. Yanagida
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Journal Title
NPG Asia Materials
Volume: 8
Pages: e310
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] All-nanocellulose Nonvolatile Resistive Switching Memory2017
Author(s)
K. Nagashima, U. Celano, H. Koga, M. Nogi, F. W. Zhuge, G. Meng, Y. He, J. D. Boeck, M. Jurczak, W. Vandervorst and T. Yanagida
Organizer
International Symposium on Materials for Chemistry and Engineering
Place of Presentation
Fukuoka, Japan
Year and Date
2017-02-03
Int'l Joint Research
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[Presentation] All Nanocellulose Nonvolatile Resistive Switching Memory2016
Author(s)
K. Nagashima, U. Celano, H. Koga, M. Nogi,, F. W. Zhuge, G. Meng, Y. He, J. D. Boeck, M. Jurczak, W. Vandervorst and T. Yanagida
Organizer
Material Research Society Fall Meeting 2016
Place of Presentation
Boston, USA
Year and Date
2016-11-27 – 2016-12-02
Int'l Joint Research
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[Presentation] Nanocellulose Based Nonvolatile Resistive Switching Memory2016
Author(s)
K. Nagashima, U. Celano, H. Koga, M. Nogi,, F. W. Zhuge, G. Meng, Y. He, J. D. Boeck, M. Jurczak, W. Vandervorst and T. Yanagida
Organizer
KJF International Conference on Organic Materials for Electronics and Photonics 2016
Place of Presentation
Fukuoka, Japan
Year and Date
2016-09-04 – 2016-09-07
Int'l Joint Research
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[Presentation] ナノセルロースでつくるディスポーサブルペーパーメモリ2016
Author(s)
古賀大尚, 能木雅也, 長島一樹, Fuwei Zhuge, Gang Meng, Yong He, 柳田剛, Andrea Fantini, Jo De Boeck, Malgorzata Jurczak, Umberto Celano, Wilfried Vandervorst
Organizer
平成28年度繊維学会年次大会
Place of Presentation
東京
Year and Date
2016-06-08 – 2016-06-10
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[Presentation] Environment-friendly Disposable Nonvolatile Resistive Switching Memory Composed of Biodegradable Nanocellulose2016
Author(s)
K. Nagashima, U. Celano, H. Koga, M. Nogi, F. W. Zhuge, G. Meng, Y. He, J. D. Boeck, M. Jurczak, W. Vandervorst and T. Yanagida
Organizer
11th Asia-Pacific Microscopy Conference
Place of Presentation
Phuket, Thailand
Year and Date
2016-05-23 – 2016-05-27
Int'l Joint Research
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