| 研究課題/領域番号 |
21J14645
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分26020:無機材料および物性関連
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
新田 亮介 東京工業大学, 物質理工学院, 特別研究員(PD)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-28 – 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 |
1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
2022年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
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| キーワード | フレキシブルセンサ / 湿度センサ / 溶液プロセス / 機能性酸化物 / ナノ構造体 / フレキシブルガスセンサ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
フレキシブルガスセンサは従来の固いセンサと異なり、柔らかく装着性にも優れる特長を持つ。ウェアラブルデバイスへの需要が高まりにより、近年注目を集めている。フレキシブルガスセンサは主にセンシング材料を柔らかいプラスチック基板上に成膜して作製する。しかしながらプラスチックは熱耐久性に乏しく成膜条件に厳しい制限がある。本研究では高いガスセンサ特性を有する酸化銅に注目した。一般に酸化銅は合成条件が厳しくプラスチック基板上への成膜が困難とされてきた。本研究ではより温和な条件で成膜できるスピンスプレー法という成膜手法を用いて、酸化銅をプラスチック基板上に成膜し、フレキシブルガスセンサとして応用する。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、①溶液成膜法の１種であるスピンスプレー法を用いてのCuOナノ構造体の低温成膜およびその構造制御と②フレキシブル基板上へ成膜したCuOナノ構
造体を用いての高性能フレキシブルガスセンサの作製の２点を目指す。
まず①についてであるが、スピンスプレー法によるCuO膜の作製において、前駆体溶液のｐHや添加物によってCuO膜の構造が大きく変化することが判明した。本研究では、前駆体溶液に加える添加剤としてアンモニア,エチレンジアミン(EDA),クエン酸の３種類を用意し、その大きさや官能基、錯安定度などの観点からCuO結晶成長メカニズムについて詳細に調査した。アミノ基を持つEDAを用いた場合、試料はナノシートアレイ構造となり、一方ヒドロキシ基を持つクエン酸を用いた場合、ナノシートが凝集した緻密膜となった。このような構造の変化は添加剤が持つ官能基の極性が大きく影響しており、極性が大きいヒドロキシ基はCuOナノシートの凝集を促進させ、逆に比較的極性が小さいアミノ基は凝集を阻害することが分かった。以上より、スピンスプレー法を用いて添加剤を調整することでCuO膜のナノスケールでの構造制御が可能であることが示された。
また②ついてであるが、スピンスプレー法を用いてフレキシブルPET基板上に様々な形状のCuOナノ構造体を密着性良く堆積させることに成功した。作製したCuOナノ構造体の湿度変化に対する応答性を評価したところ、CuOナノシートが凝集した緻密膜は湿度に対して全く応答しなかった。一方ナノシートアレイ構造を持ったCuO膜は湿度に対して高い感度で応答し、湿度センサとして応用可能であることが判明した。加えてCuOナノシートアレイ構造体は１０００回の曲げ試験後でも安定して湿度をセンシングでき、高い曲げ耐久性を持っており、フレキシブルガスセンサとして有望な材料構造であることが示された。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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