2017 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, 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 |
本年度取り組んだ3つの課題に関して、以下にそれぞれの目標と実績を記す。
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を目指し、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た。その結果、セルロースナノファイバーの製造方法によって懸濁液濃度に依存してナノペーパー内部に空隙が残存して光散乱の原因になること、そして、ナノファイバー懸濁液を乾燥する際に、雰囲気湿度の与える影響が大きいことが明らかとなった。
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：紙抄き技術を応用して、セルロースナノペーパー表面に均質な酸化亜鉛ナノワイヤネットワークを複合化したペーパー半導体について、抵抗変化現象の解明を行なった。その結果、ナノセルロースとの絡み合いにより酸化亜鉛ナノワイヤネットワークの密着性が大幅に向上すること、そして、酸化亜鉛ナノワイヤの酸化還元現象により水素や二酸化窒素に応答して抵抗変化を示す分子センサデバイスとして機能することが明らかとなった。また、追加交付申請によって、ガス化学種と酸化物ナノワイヤ表面における相互作用をより顕著に観測することが可能となった。
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：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し、超極細酸化亜鉛ナノワイヤネットワークの構築に取り組んだ。その結果、ナノワイヤ結晶成長とエッチングとの共存条件下において結晶成長界面サイズの均一化が生じ、ランダムなサイズ径を有する種結晶より平均径17.5nm、標準偏差1.25nmの極めて均一なサイズを有する超極細酸化亜鉛ナノワイヤネットワーク構造が構築可能であることが明らかとなった。
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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
本年度は、セルロースナノペーパー材料開発ならびに解析に関して、当初の計画以上の進展が２点あった。まず一点は、懸濁液濃度によってセルロースナノペーパーの内部構造を制御できるセルロースナノファイバーが見つかったことである（原著論文１）。もう一点は、環境雰囲気湿度によって、セルロースナノペーパーの内部構造を制御できることが明らかになったことである（原著論文2）。また、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課題においては、水素や二酸化窒素に応答した電気抵抗変化現象のメカニズム確認ならびに分子センサデバイスの開発に成功した。そして、電気抵抗変化現象を利用したペーパーデバイスの研究においては、均一なサイズを有する超極細酸化亜鉛ナノワイヤネットワーク構造が構築可能であることが明らかとなった。これらの研究成果に関しては、結果ならびに考察をより精査するため、次年度以降に論文発表を行なう予定である。
いずれの知見も、セルロースナノペーパー製造プロセスやデバイスアプリケーションを開発するために重要な基礎的知見である。このように、各研究課題において新たな学術的知見を解明しているため、現在までの進捗状況はおおむね順調に進展していると考えている。
原著論文１：Nanomaterials 2018(8) 104
原著論文２：RSC Advances 2018(8) 1833-1837
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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：昨年度に引き続き、セルロースナノペーパーの内部構造制御を目指し、ナノファイバー懸濁液または無機材料添加のナノペーパー内部構造に与える影響の検討を行なう。
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：昨年度までの研究において、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のメカニズムは概ね明らかとなった。本年度は、それらの知見を生かし、ペーパー半導体の高性能化に取り組むと共にそれらの成果発表を行なう。
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：昨年度までに得られたナノセルロース・酸化物ナノワイヤ複合化ペーパーを更に展開し、現在までの予備実験で作製に成功している他の機能性酸化物ナノワイヤ(酸化タングステンナノワイヤなど)を用いた抵抗変化型ペーパーデバイスを構築すると共に、酸化亜鉛ナノワイヤでは検出困難であった揮発性有機分子の検出を行う。
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Research Products
(37 results)
