| 研究課題/領域番号 |
20KK0083
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| 研究種目 |
国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分18:材料力学、生産工学、設計工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
鈴木 研 東北大学, 工学研究科, 准教授 (40396461)
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| 研究分担者 |
DAVEY THERESA 東北大学, 工学研究科, 特任助教 (10816987)
陳 迎 東北大学, 工学研究科, 教授 (40372403)
三浦 英生 東北大学, 工学研究科, 教授 (90361112)
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| 研究期間 (年度) |
2020-10-27 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)
2022年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2021年度: 9,880千円 (直接経費: 7,600千円、間接経費: 2,280千円)
2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
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| キーワード | グラフェン / ひずみ制御 / ガスセンサ / バイオセンサ / CNT-グラフェン複合構造 / ひずみ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，グラフェン応用バイオセンサの選択性及び感度の向上と低コスト化を可能とする基盤技術として，ひずみ負荷によるグラフェンナノリボン（Graphene Nanoribbon: GNR）の表面吸着特性制御技術の開発に挑戦する．グラフェンをリボン形状に加工したGNRが半導体的性質を示すこと，さらにそのバンドギャップがひずみ負荷により金属的にも半導体的にも変化することを利用し，バイオ分子やガス分子の吸着状態をひずみ負荷により制御することでセンサの高選択・高感度化を実現する．
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| 研究成果の概要 |
グラフェン応用バイオ、ガスセンサの感度及び選択性の向上と低コスト化を可能とする基盤技術として、ひずみ負荷によるグラフェンの表面吸着特性制御技術の開発に挑戦した。中国清華大学のグループと共に、ひずみによるグラフェン電子バンド構造制御の実証とひずみ制御を応用したバイオセンサ、ガスセンサの試作・評価を行い、ひずみ負荷によりグラフェンのガス吸着特性を制御し，センサ感度の向上が可能であることを実証した。また、ひずみ負荷環境におけるセンサの応答特性がガス種によって異なることを第一原理解析により明らかにし、ひずみ感度のガス種依存性を利用した選択性向上の可能性を示した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
グラフェン表面上のガス分子の吸着状態をひずみ負荷により制御し，センサ感度の向上が可能であることを実証した。この技術を応用し、任意のガス成分を優先的に吸着させるひずみ設計や、センサ応答のひずみ依存性分析による複数ガス成分の分離検出手法を開発することで、環境、ヘルスモニタリングデバイスに必要な小型・軽量なマルチガスセンサの実現が期待できる。また、本研究の実践により、グラフェンの高機能化や新機能の探索において「ひずみ」の活用の有用性が示されたことから、ひずみ負荷によるグラフェンの電子状態制御技術が多機能，省エネルギーな革新的グラフェンデバイスを実現する基盤技術として貢献できると考えている．
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