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ダンベル型グラフェンナノリボンの電子物性解析に基づく高感度ひずみセンサの開発

研究課題

研究課題/領域番号 19J12755
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分18010:材料力学および機械材料関連
研究機関東北大学

研究代表者

張 秦強  東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2019-04-25 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
2020年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2019年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
キーワードdumbbell-shape / graphene nanoribbon / strain-controlled / Schottky barrier / interface / strain sensor / dumbbell-shape structure / localized properties
研究開始時の研究の概要

First, developing a new code of simulation techniques for calculating large system.
Second, experimental validation of effectiveness of DS-GNR on Si/SiO2 substrate.
Third, developing a new method for transferring the patterned DS-GNR from Si/SiO2 substrate to flexible substrate like PDMS.

研究実績の概要

The gradient Schottky barrier around the atomic seamless interface can be controlled by applying appropriate strain and the stable electronic performance of dumbbell-shape graphene nanoribbon (DS-GNR)-base strain sensors can be obtained regardless of the width of the graphene nanoribbon (GNR) in the sensing segment of DS-GNR. The optimized structure of DS-GNR with metallic-metallic interface around the jointed area exhibits stable piezoresistive property in the narrow segment at lower strain range. It is deemed to the disappearance of the Schottky barrier. However, the complicated strain-induced change behavior appeared in the metallic-semiconductive interface due to the existence of the gradient Schottky barrier around the jointed area at low strain range. The single GNR possesses a large strain range as proved by several previous researchers. In this study, the author found that the large gradient Schottky barrier can be minimized by applying an appropriate tensile strain and the stable performance of DS-GNR with metallic-semiconductive interface can be attained at a larger strain range.
The analysis results in this study indicate that it has a great potential to apply DS-GNRs for development of highly sensitive, stable, and reliable next-generation wearable strain sensors for real time health monitoring and smart point of care devices. The strain-induced change of electronic properties of DS-GNR can be applied on other specific applications such as bio-chemical sensors for gas- and viruses- detecting and artificial neuro network by mimicking the human synapse signal.

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 5件)

  • [雑誌論文] A First Principle Study of Strain-induced Localized Electronic Properties of Dumbbell-shap Graphene Nanoribbon for Highly Sensitive Strain Sensors2020

    • 著者名/発表者名
      Qinqiang Zhang, Xiangyu Qiao, Masasuke Kobayashi, Ken Suzuki
    • 雑誌名

      International Mechanical Engineering Congress & Exposition (IMECE) 2020, Proceedings

      巻: 13 ページ: 1-7

    • DOI

      10.1115/imece2020-23782

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of a Strain-Controlled Graphene-Based Highly Sensitive Gas Sensor2020

    • 著者名/発表者名
      Xiangyu Qiao, Qinqiang Zhang, Ken Suzuki
    • 雑誌名

      International Mechanical Engineering Congress & Exposition (IMECE) 2020, Proceedings

      巻: 3 ページ: 1-7

    • DOI

      10.1115/imece2020-23581

    • NAID

      130008003892

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 10.1115/IMECE2020-23782A First-principles Study on the Strain-induced Localiz10.1115/IMECE2020-23782ed Electronic Properties of Dumbbell-shape Graphene Nanoribbon for Highly Sensitive Strain Sensors2020

    • 著者名/発表者名
      Qinqiang Zhang, Ken Suzuki, Hideo Miura
    • 雑誌名

      Proceedings of 2020 International Conference on Simulation of Semiconductor Processes and Devices

      巻: 20116221 ページ: 379-38

    • DOI

      10.23919/sispad49475.2020.9241686

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theoretical Study of the Edge Effect of Dumbbellshape Graphene Nanoribbon with a Dual Electronic Properties by First-principle Calculations2019

    • 著者名/発表者名
      Qinqiang Zhang ; Takuya Kudo ; Jowesh Gounder ; Ying Chen ; Ken Suzuki ; Hideo Miura
    • 雑誌名

      2019 International Conference on Simulation of Semiconductor Processes and Devices (SISPAD)

      巻: 2019 ページ: 141-144

    • DOI

      10.1109/sispad.2019.8870398

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 第一原理計算を用いたダンベル型グラフェンナノリボンの電子伝導特性変動要因の解明2019

    • 著者名/発表者名
      ZHANG Qinqiang、KUDO Takuya、SUZUKI Ken、MIURA Hideo
    • 雑誌名

      計算力学講演会講演論文集

      巻: 2019.32 号: 0 ページ: 193

    • DOI

      10.1299/jsmecmd.2019.32.193

    • NAID

      130007817294

    • ISSN
      2424-2799
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Strain and Photovoltaic Sensitivities of Dumbbell-Shape GNR-Base Sensors2019

    • 著者名/発表者名
      Jowesh Avisheik Goundar , Takuya Kudo , Qinqiang Zhang , Ken Suzuki , Hideo Miura
    • 雑誌名

      Micro- and Nano-Systems Engineering and Packaging

      巻: 10

    • DOI

      10.1115/imece2019-11076

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] First Principle Analysis of the Effect of Strain on Electronic Transport Properties of Dumbbell-Shape Graphene Nanoribbons2019

    • 著者名/発表者名
      Takuya Kudo , Qinqiang Zhang , Ken Suzuki , Hideo Miura
    • 雑誌名

      Micro- and Nano-Systems Engineering and Packaging

      巻: 10

    • DOI

      10.1115/imece2019-11107

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Theoretical Study of Heterojunction-Like Electronic Properties Between a Semiconductive Graphene Nanoribbon and a Metallic Graphene for Highly Sensitive Strain Sensors2020

    • 著者名/発表者名
      Qinqiang Zhang
    • 学会等名
      International Mechanical Engineering Congree and Exposition, American Society of Mechanical Engineers 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A First-principles Study on the Strain-induced Localized Electronic Properties of Dumbbell-shape Graphene Nanoribbon for Highly Sensitive Strain Sensors2020

    • 著者名/発表者名
      Qinqiang Zhang
    • 学会等名
      2020 International Conference on Simulation of Semiconductor Processes and Devices (SISPAD)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 第一原理解析に基づくダンベル型グラフェンナノリボン電子密度分布の歪み依存性の支配因子の検討2020

    • 著者名/発表者名
      張秦強
    • 学会等名
      日本機械学会2020年度年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] ダンベル型グラフェンナノリボン電気特性支配因子の検討2019

    • 著者名/発表者名
      Qinqiang Zhang
    • 学会等名
      日本機械学会 第32回計算力学講演会(CMD2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Development of Highly Reliable and Sensitive Graphene-Nanoribbon-Base Strain Sensor Using HSQ/PMMA Bilayer Resist2019

    • 著者名/発表者名
      Qinqiang Zhang
    • 学会等名
      30th International Conference on Diamond & Carbon Materials 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Theoretical Study of the Edge Effect of Dumbbell-shape Graphene Nanoribbon with a Dual Electronic Property by First-principle Calculations2019

    • 著者名/発表者名
      Qinqiang Zhang
    • 学会等名
      24th International Conference on Simulation of Semiconductor Processes and Devices 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A First Principle Study on the Localized Electronic Band Structure of a Single Long Graphene Nanoribbon with Graphene Electrodes2019

    • 著者名/発表者名
      Qinqiang Zhang
    • 学会等名
      21st International Conference on Electronic Materials and Packaging
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2019-05-29   更新日: 2024-03-26  

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