Science and application of electrolyte gating

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26288115
• Research Institution: Central Research Institute of Electric Power Industry
• Principal Investigator: 小野 新平 一般財団法人電力中央研究所, 材料科学研究所, 上席研究員 (30371298)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: イオン液体 / 電気二重層 / 電界効果

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、物質の電子状態を制御する手法として、イオン液体などの電解質の電気二重層の作り出す超強電界を利用し、材料へ高密度電荷注入を行うことで、新機能の発現と、その背景に眠るサイエンスの理解と応用展開を目指すことを目標に研究を進めている。今年度は、イオン液体に電圧を印加した際に形成される電気二重層状態を固定化する電気二重層エレクトレットを利用した新規デバイスの研究に取り組んだ。
電解質を電極で挟み、電圧を印加すると電極近傍にイオンが集まった電気二重層と呼ばれる状態が形成される。電気二重層が形成された後に、イオンとポリマー材料を化学的に結合させることで、電圧を印加しなくても電気二重層状態を維持できる電気二重層エレクトレット（永久電荷）を作製することに成功した。電解質としては、有機塩であるイオン液体を利用した。今回の電気二重層エレクトレットの作製には、正イオン、負イオン共に不飽和結合をもつイオン液体を選択した。不飽和結合を持つことで、ポリマー材料と化学的に結合することができる。
この電気二重層エレクトレットを利用した振動発電素子の研究に取り組んだ。振動発電素子は、電気二重層エレクトレットを電極で挟み、その電極の一方を振動発生器につなぎ、電極と電気二重層エレクトレットを接触及び剥離することで発電を行う。電気二重層エレクトレットの振動発電のメカニズムとしては、電気二重層エレクトレットに電極を接触させると、電気二重層の電荷を打ち消す用に反対の符号の電荷が注入され、また電極が離れる際には、その電荷が放出されると予想される。実際に、1Hzの振動を印加して、電流を測定した結果、電極が電気二重層エレクトレットに触れた瞬間と離れた瞬間に、正負に大きな電流が発生した。出力電流は、1cm2の接触面積あたり最大で20 μW/cm2程度が得られた。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Causes of Carryover

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Expenditure Plan for Carryover Budget

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Grenoble Alpes/CNRS/CEA(フランス)
  • Country Name: FRANCE
  • Counterpart Institution: University of Grenoble Alpes/CNRS/CEA
• [Journal Article] イオン液体を利用した電子デバイスの開発―トランジスタから振動発電素子までー (2017)
  • Author(s): 小野新平
  • Journal Title: Electrochemistry Volume: 85 Pages: 105, 109
  • DOI: 10.5796/electrochemistry.85.105
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High Current Injection into Dynamic p-n Homojunction in Polymer Light-Emitting Electrochemical Cells (2017)
  • Author(s): Tomo Sakanoue, Jinpeng Li, Hisaaki Tanaka, Ryota Ito, Shimpei Ono, Shin-ichi Kuroda, and Taishi Takenobu
  • Journal Title: Advance Materials Volume: - Pages: 1606392
  • DOI: 10.1002/adma.201606392
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electrical control of superparamagnetism (2017)
  • Author(s): Kihiro T. Yamada, Tomohiro Koyama, Haruka Kakizakai, Kazumoto Miwa, Fuyuki Ando, Mio Ishibashi, Kab-Jin Kim, Takahiro Moriyama, Shimpei Ono, Daichi Chiba, and Teruo Ono
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 10 Pages: 013004
  • DOI: 10.7567/APEX.10.013004
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ionic-liquid gating of perpendicularly magnetised CoFeB/MgO thin films (2016)
  • Author(s): Y. T. Liu, G. Agnus, S. Ono, L. Ranno, A. Bernand-Mantel, R. Soucaille, J.-P. Adam, J. Langer, B. Ocker, D. Racelosona, and L. Herrera Diez
  • Journal Title: Journal of Applied Physics Volume: 120 Pages: 023901
  • DOI: 10.1063/1.4956433
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Dielectric and magnetic characterizations of capacitor structures with an ionic liquid/Mgo barrier and a ferromagnetic Pt electrode (2016)
  • Author(s): D. Hayakawa, A. Obinata, K. Miwa, S. Ono, T. Hirai, T. Koyama, and D. Chiba
  • Journal Title: AIP Advances Volume: 6 Pages: 115305
  • DOI: 10.1063/1.4967343
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Control of magnetic anisotropy in Pt/Co system using ionic liquid gating (2016)
  • Author(s): T. Hirai, T. Koyama, A. Obinata, Y. Hibino, K. Miwa, S. Ono, M. Kohda, and D. Chiba
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 9 Pages: 063007
  • DOI: 10.7567/APEX.9.063007
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Peculiar temperature dependence of electric-field effect on magnetic anisotropy in Co/Pd/MgO system (2016)
  • Author(s): Y. Hibino, T. Koyama, A. Obinata, T. Hirai, S. Ota, K. Miwa, S. Ono, F. Matsukura, H. Ohno, and D. Chiba
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 109 Pages: 082403
  • DOI: 10.1063/1.4961621
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Enhanced thermopower in ZnO two-dimensional electron gas (2016)
  • Author(s): Sunao Shimizu, Mohammad Saeed Bahramy, Takahiko Iizuka, Shimpei Ono, Kazumoto Miwa, Yoshinori Tokura, and Yoshihiro Iwasa
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 113 Pages: 6438-6443
  • DOI: 10.1073/pnas.1525500113
  • Peer Reviewed
• [Presentation] A novel vibrational energy harvester with electric double layer electrets (2016)
  • Author(s): S. Ono, K. Miwa, J. Iori, H. Mitsuya, K. Ishibashi, C. Sano, H. Toshiyoshi, and H. Fujita
  • Organizer: PowerMEMS
  • Place of Presentation: フランス パリ
  • Year and Date: 2016-12-08
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Electrostatic vibrational energy harvester with ionic liquid and potassium-ion-electret (2016)
  • Author(s): C. Sano, H. Mitsuya, K. Ishibashi, S. Ono, K. Miwa, M. Ataka, G. Hashiguchi, H. Toshiyoshi, and H. Fujita
  • Organizer: PowerMEMS
  • Place of Presentation: フランス パリ
  • Year and Date: 2016-12-08
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] イオンを利用した新しいエレクトロニクスの開発 (2016)
  • Author(s): 小野新平
  • Organizer: M&BE新分野開拓研究会
  • Place of Presentation: 明治大学
  • Year and Date: 2016-08-30
  • Invited
• [Presentation] Application of ionic liquids to electronics and MEMS (2016)
  • Author(s): Shimpei Ono
  • Organizer: Asia- Pacific Conference of Transducers and Micro-Nano Technology 2016
  • Place of Presentation: 金沢
  • Year and Date: 2016-06-28
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Development of iontronics ; Application for energy harvester (2016)
  • Author(s): Shimpei Ono
  • Organizer: Design, Test, Integration & Packaging of MEMS/MOEMS 2016
  • Place of Presentation: ハンガリー ブタペスト
  • Year and Date: 2016-06-01
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Book] イオン液体研究最前線と社会実装 (2017)
  • Author(s): 小野新平
  • Total Pages: 7
  • Publisher: シーエムシー出版