フィブロインタンパク質を配向場とした新規有機焦電体の薄膜構造制御

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16K17513
• 研究機関: 富山大学
• 研究代表者: 森本 勝大 富山大学, 大学院理工学研究部(工学), 助教 (90717290)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 極性ポリマー / ポリ尿素 / シルク / 誘電体 / 圧電体 / 配向制御

研究実績の概要

本研究は圧電性や焦電性を有するポリ尿素薄膜の高配向薄膜作製のため、配向誘起層としてシルクフィブロインを用いることで、高配向かつ分極処理不要な薄膜作製を目的としている。シルクフィブロインの薄膜作製やその構造解析は昨年実施済みであるため、本年は電気的物性評価として誘電分散特性を評価することで、電気的物性と化学物理的構造との相関関係を明らかにした。
ポリ尿素の誘電分散特性として室温から160℃の温度依存性を評価し、非常に大きな誘電緩和現象を確認した。この誘電緩和は温度と主に高周波数側へ変化し、強誘電性評価に伴う電界印加後には緩和の消失を確認した。ここから、誘電緩和が分子分極ではなく、薄膜中の空間電荷に伴うことが示唆されている。次に低分子量体の尿素オリゴマーでは、配向の異なる薄膜で異なる誘電緩和が確認された。溶液塗布による薄膜は温度とともに誘電緩和が見られた、一方で真空蒸着膜は誘電緩和が確認できなかった。昨年の結果を踏まえると、真空蒸着膜は高い結晶性と配向性から、温度による分子分極揺らぎを抑制し高温域まで安定した誘電特性を示したことを示している。
昨年構造制御したシルクフィブロイン薄膜においても同様に誘電分散を評価すると、構造制御の前後で誘電率の変化が確認できた。構造制御することでβシート構造を発現することは昨年見出しており、構造制御によりβシート化することで誘電率が低下することを明らかにした。誘電率の低下は水素結合の形成を示唆しており、構造解析結果と一致する。

研究成果

• [雑誌論文] High hardness and low dielectric constant thin films with oriented urea oligomers by physical vapor deposition (2018)
  • 著者名/発表者名: Morimoto Masahiro、Fukutomi Tatsuya、Koshiba Yasuko、Ishida Kenji
  • 雑誌名: Journal of Materials Science 巻: 54 ページ: 2483～2492
  • DOI: 10.1007/s10853-018-3000-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermodynamics and kinetics of polyoxyethylene alkyl ether evaporation from inkjet-printed carbon nanotube thin films by vacuum annealing (2018)
  • 著者名/発表者名: Horike Shohei、Fukushima Tatsuya、Saito Takeshi、Koshiba Yasuko、Morimoto Masahiro、Misaki Masahiro、Ishida Kenji
  • 雑誌名: Flexible and Printed Electronics 巻: 3 ページ: 025006～025006
  • DOI: 10.1088/2058-8585/aac349
  • 査読あり
• [雑誌論文] In situ Monitoring of Vapor-phase Polymerization and Characterization of Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Thin Films (2018)
  • 著者名/発表者名: Koshiba Yasuko、Hirai Mana、Horike Shohei、Morimoto Masahiro、Misaki Masahiro、Fukushima Tastuya、Ishida Kenji
  • 雑誌名: Sensors and Materials 巻: 30 ページ: 2873～2873
  • DOI: 10.18494/SAM.2018.1986
  • 査読あり
• [雑誌論文] Orientation Dependence of Power Generation on Piezoelectric Energy Harvesting Using Stretched Ferroelectric Polymer Films (2018)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi A、Koshiba Y、Ueno Y、Kajihara T、Tsujiura Y、Morimoto M、Horike S、Fukushima T、Kanno I、Ishida K
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 1052 ページ: 012112～012112
  • DOI: 10.1088/1742-6596/1052/1/012112
• [雑誌論文] 有機強誘電体薄膜を用いた応力測定とスマートインソール応用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 藤原圭佑, 小村将大, 森本勝大, 小柴康子, 堀家匠平, 福島達也, 石田謙司
  • 雑誌名: 信学技報 巻: 118 ページ: 33-36
• [学会発表] 基板温度による尿素オリゴマー蒸着膜の凝集構造変化と分子間水素結合 (2019)
  • 著者名/発表者名: 坂倉悠介, 福島達也, 森本勝大, 小柴康子, 堀家匠平, 石田謙司
  • 学会等名: 第66回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] ORIENTATION DEPENDENCE OF POWER GENERATION ON PIEZOELECTRIC ENERGY HERBESTING USING STRECHED FERROELECTRIC POLYMER FILMS (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Kobayashi, Y. Koshiba, Y.Ueno, T. Kajihara, Y.Tsujiura, M. Morimoto, S. Horike, T. Fukushima, I. Kanno, and K. Ishida
  • 学会等名: The 17th International Conference on Micro and Nanotechnology for Power Generation and Energy Conversion Applications
  • 国際学会
• [学会発表] 有機/無機多層膜を用いた焦電型赤外線センサの素子構造とセンサ特性の相関検討 (2018)
  • 著者名/発表者名: 永吉竜治, 福島達也, 小柴康子, 森本勝大, 石田謙司
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会