| 研究課題/領域番号 |
17F17337
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| 研究機関 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
馬 仁志 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, グループリーダー (90391218)
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| 研究分担者 |
LI XINMING 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 外国人特別研究員
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| 研究期間 (年度) |
2017-11-10 – 2020-03-31
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| キーワード | ナノシート / グラフェン / イオン伝導 / センサー |
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| 研究実績の概要 |
酸化チタンのイオン交換性層状ホスト化合物をを酸水溶液中で撹拌し，層間イオンをプロントンに置き換えた後、これにアミン類を含む水溶液を作用させ、大きく膨潤させてナノシートに誘導した。その一方、グラファイトにKMnO4およびH2O2などを酸化剤として作用させて、層間に酸素含有基を付加した酸化グラファイトを合成した。参加グラファイトに親和性のある水分子を浸透させる事により、単層剥離を誘起して酸化グラフェンを得た。
酸化チタンナノシートや酸化グラフェンのゾルを真空濾過プロセスにより大面積ラメラ膜を形成し、作製したラメラ膜を各種温度（30～80°C）や相対湿度（50～95％）の条件下でイオン伝導特性を評価した。酸化チタンナノシートは酸化グラフェンと同様にプロトン伝導特性を示す実験データを得ることができた。 電気化学インピーダンス分析法によりイオン伝導度や活性化エネルギーを解析した結果、酸化チタンナノシートは酸化グラフェンより良好なプロトン伝導特性を有することが判明した。
さらに、酸化チタンナノシート薄膜のプロトン伝導度は温度や湿度および薄膜の構造的特性に強く影響されることが分かった。例えば、薄膜において局所的に湿度の調節によってプロトン伝導度の勾配の変化が一定の電位差を生じさせる新事実を見いだした。これは、酸化チタンナノシート薄膜を用いれば、外部環境の湿度や水分変化をセンシングするモイスチャーセンサーを創製できる可能性を示唆する。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
ナノシート薄膜において局所的に湿度の調節によってプロトン伝導度の勾配の変化が一定の電位差を生じさせる現象を見いだした。これを活用すれば、外部環境の湿度や水分変化をセンシングするモイスチャーセンサーの創製につながる。
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| 今後の研究の推進方策 |
次のステップでは、酸化チタンナノシートとグラフェンを用いたヘテロ構造を構築する。ヘテロ構造におけるイオン・電子などの電荷キャリアの伝導挙動を詳しく考察する。 その後、湿度変化や光励起などにより電子またはイオン輸送の調節を図り、外部励起に応答するセンシング素子を創製する。ヘテロ界面においての誘起キャリアを酸化物ナノシートからグラフェンに注入し、グラフェンのキャリア濃度を変化させることによって、その高い移動度から優れた応答性能が得られるように進めていく。
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