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Development of homogenous dielectrophoretic assembly method and its application to semiconducting carbon nanotube gas sensors

Research Project

Project/Area Number 22K04185
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

稲葉 優文  九州大学, システム情報科学研究院, 助教 (20732407)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Keywords誘電泳動 / 均質性 / ナノダイヤモンド / 蛍光 / ナノアイランド / ナノパターン / カーボンナノチューブ / ガスセンサ
Outline of Research at the Start

誘電泳動力は不平等電界により発生する駆動力で、微粒子の配向・集積のリアルタイムモニタリングが可能な手法である。申請者のグループでは誘電泳動力により集積した半導体微粒子をセンシング材料としたガスセンサに関する研究を遂行しているが、不平等電界による誘電泳動集積では、微粒子が不均質に集積される問題があった。本研究では、不平等電界によって生じる誘電泳動場を巨視的に均質に制御する“均質誘電泳動集積”技術基盤を構築し、微粒子集積に対する影響を、センサデバイスの特性比較を通して評価することを目的とする。

Outline of Annual Research Achievements

ナノ・マイクロサイズの微粒子の操作は、高度なナノ構造の形成、ナノレベルでの反応場の形成、生体分子の観測・計測などの多岐にわたる領域で重要な基礎技術である。誘電泳動力は、誘電率の異なる溶媒と微粒子に不平等電界が印加されるとき、分極の偏りによってクーロン力が働くことにより発生する駆動力である。誘電泳動では、溶媒に分散・懸濁した微粒子を集積するため、希少・高価なサンプルにも適用しやすく、基板に容易に吸着しにくい半導体微粒子であっても電界の条件等を調整することで必要なときに必要な微粒子を選択的に、必要な量だけ集積させることができる。さらに、誘電泳動中のインピーダンスをモニタリングすることでリアルタイムに集積状況を知ることができるメリットがある。しかし、電界は電極のエッジに集中するため、誘電泳動力は電極エッジに集中して発生し、集積された微粒子による誘電泳動力によりそこを起点に集積が進行する。誘電泳動力をより均質に発生させることができれば、様々な微粒子をより均質に集積・操作しリアルタイムで評価するためのプラットフォームを構築可能である。
本年度は誘電泳動場を広域に形成するために、ナノパターニングの一つとして短時間の蒸着によるナノアイランドを用いることを考え、これに溶媒中で電界を印加した際、ナノアイランド端部に小さい誘電泳動場が形成されることを、COMSOL Multiphysicsを用いた有限要素シミュレーションで確認した。さらに、実際に作製したナノアイランド上に、微小な粒子が集積するかを確認するため、蛍光ナノダイヤモンドの観察系を構築した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初予定では、一年目終了時点で、均質誘電泳動の基礎検証を予定しており、概ねその通り進展している。ただし、現在のところ実験的に均質な誘電泳動集積は確認できていないため、今後実現可能性を検討する実験を展開する。

Strategy for Future Research Activity

現在のところ実験的に均質な誘電泳動集積は確認できていないが、これは印加電圧が不十分でナノアイランド周辺に発生する誘電泳動場の大きさが不十分となったこと、または誘電泳動場が捕集可能な微粒子の大きさが不十分であったことが原因として考えられる。
今後、印加電圧が十分となるように電極系を工夫すること、微粒子が捕集されているかをリアルタイムに観測することに注力して研究を遂行する。

Report

(1 results)
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2023 2022 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Comparison between modulations of contact and channel potential in nitrogen dioxide gas response of ambipolar carbon nanotube field-effect transistors2022

    • Author(s)
      Nakahara Shota、Morita Takahiro、Omachi Haruka、Inaba Masafumi、Nakano Michihiko、Suehiro Junya
    • Journal Title

      AIP Advances

      Volume: 12 Issue: 12 Pages: 125302-125302

    • DOI

      10.1063/5.0124891

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Nitrogen dioxide gas response rate at contact and channel in ambipolar carbon nanotube field-effect transistors2023

    • Author(s)
      Masafumi Inaba, Shota Nakahara, Haruka Omachi, Michihiko Nakano, Junya Suehiro
    • Organizer
      第 64 回 フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Effects of amount and metal/semiconducting ratio of CNT on ambipolar CNT-FET gas sensor response to NO22023

    • Author(s)
      Kaito Yagi, Shota Nakahara, Naoki Asano, Haruka Omachi, Masafumi Inaba, Michihiko Nakano, Junya Suehiro
    • Organizer
      第 64 回 フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] A proposal to measure diamond particle conductance using dielectrophoresis2022

    • Author(s)
      Masafumi Inaba, Michihiko Nakano, Junya Suehiro
    • Organizer
      15th International Conference on New Diamond and Nano Carbons (NDNC) 2022
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] CNT-FETのNO2応答にCNTの半導体・金属比率が与える影響2022

    • Author(s)
      八木凱斗, 中原正太, 大町遼, 稲葉優文, 中野道彦, 末廣純也
    • Organizer
      2022年度(第75回) 電気・情報関係学会九州支部連合大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 誘電泳動集積法を用いて作製したCNT-FETガスセンサの正孔や電子伝導とNO2応答速度の関係2022

    • Author(s)
      中原正太, 八木凱斗, 大町遼, 稲葉優文, 中野道彦, 末廣純也
    • Organizer
      2022年度(第75回) 電気・情報関係学会九州支部連合大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] CNTの半導体・金属比率とCNT-FETのNO2ガス応答の関係2022

    • Author(s)
      八木凱斗, 中原正太, 大町遼, 稲葉優文, 中野道彦, 末廣純也
    • Organizer
      2022年第83回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] CNT-FET型ガスセンサ応答のゲート電圧スイープ方向依存性2022

    • Author(s)
      中原正太, 八木凱斗, 大町遼, 稲葉優文, 中野道彦, 末廣純也
    • Organizer
      2022年第83回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Mechanism of NO2 detection of ambipolar carbon nanotube field-effect transistors fabricated by dielectrophoretic assembly2022

    • Author(s)
      S. Nakahara, K. Yagi, H. Omachi, M. Inaba, M. Nakano, J. Suehiro
    • Organizer
      第 41 回電子材料シンポジウム
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 誘電泳動集積を用いて作製した両極性CNT-FETガスセンサの電子伝導領域におけるNO2高速応答2022

    • Author(s)
      中原正太, 八木凱斗, 大町遼, 稲葉優文, 中野道彦, 末廣純也
    • Organizer
      第36回ダイヤモンドシンポジウム
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Remarks] 稲葉優文のホームページ

    • URL

      https://masafumi-inaba.jimdofree.com/

    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 伝熱シートおよび伝熱シートの製造方法2022

    • Inventor(s)
      大曲新矢,稲葉優文,清家清弥,陳映晨,末廣純也,中野道彦
    • Industrial Property Rights Holder
      大曲新矢,稲葉優文,清家清弥,陳映晨,末廣純也,中野道彦
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2022-170278
    • Filing Date
      2022
    • Related Report
      2022 Research-status Report

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Published: 2022-04-19   Modified: 2023-12-25  

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