| 研究課題/領域番号 |
17H02761
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| 研究機関 | 千葉大学 |
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研究代表者 |
酒井 正俊 千葉大学, 大学院工学研究院, 准教授 (60332219)
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| 研究分担者 |
工藤 一浩 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (10195456)
岡田 悠悟 千葉大学, 先進科学センター, 特任助教 (50756062)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | プリンテッドエレクトロニクス / フレキシブルエレクトロニクス / 有機エレクトロニクス / 有機半導体 / ゼログラフィ / 超音波焼結 |
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| 研究実績の概要 |
本研究ではオールトナー型プリンテッドエレクロトニクスの実現を目指して、その要素技術の達成と、その原理となる物理的プロセスを明らかにすることを目的とした研究を進めている。本年度の研究では、金属材料(Au, Ag, Cu, Ni)、カーボン材料(グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ)、酸化物材料(ITO, ZnO)を中心として静電転写と超音波焼結を行ってきた。現在、試された実験パラメータの範囲で、得られた結果は材料によって差が見られるものの、それぞれに材料の性質を反映していると考えられ、今後の詳細の検討によって、工学上も物理学上も興味深い要素が数多く発掘されることが見込まれる。
産業応用に最も近いと考えられる金属材料の静電転写では、AuおよびAgについて、明確な静電転写とパターン形成を達成した。Auは表面活性が強すぎるためナノ粒子が大きな塊状になりやすく、微細なパターンを描画するには、粒子の表面改質が必要と考えられる。Agナノ粒子はたいへん良好な転写およびパターニング性を示し、250マイクロメートル ライン/スペース相当の回路パターンの描画に成功した。また、30マイクロメートル幅の櫛形電極パターンの描画に関しても、現状はコントラストの改善が必要なレベルながら、櫛形電極のパターンを描画することに成功した。その他、Cu、グラフェン、グラファイトにおいて、静電転写の効果を明確に観測した。超音波焼結に関しては、Au, Ag, グラフェン、ZnOについて、薄膜化を実現した。特にAgについては、プラスチックフィルム基板上に静電転写にてRFIDアンテナパターンを描画したうえで超音波焼結を実施し、Agの焼結薄膜を得た。本年度実施できたのは2端子抵抗のみであるが、配線材料として十分に低い抵抗が得られた。
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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
金属および導体材料の静電転写は、材料によって若干の達成度の差はあるものの、おおむね良好な結果を得ている。これはそれぞれのトナー材料の電気的性質や化学的な特性を反映したものと考えられるため、これらの結果の差の原因を詳細に解明することによって、この技術に適用可能な材料に必要とされる統一的な条件を確立することができると見込まれる。このため、これらの差異を適用可/不可として分類するだけでなく、その差異について詳細に物理的な調査を行う。得られた結果をフィードバックし、より高精細・高機能性に優れ、プリンテッドエレクトロニクスに必要とされる新トナー材料・複合トナー材料を探索する段階に到達している。また、デジタルダイレクトプリントについても、1列に並んだマトリクス電極について、電圧を印加した電橋上にのみAgトナーが転写されることを実証した。高精細化とともに、デジタルダイレクトプリント化をさらに一段推し進めることによって、より自由な回路パターンを「版なし」でデジタルデータからダイレクトにプリントすることが可能になる。さらに、これまでの材料の範囲をさらに拡げて、有用な酸化物材料（ITO, ZnO, NiO他)の高精細描画を実証する前段階の検証を終えたこともあり、今後さらに一段のマルチプリンテッド化の推進を進める段階にある。
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度は、トナー材料のマルチ化、トナーの流動性向上、トナーの複合粒子化、回路描画の一段の高精細化、デジタルダイレクトプリンティング化、を推進する。トナー材料のマルチ化には、ITOやZnO等の近年エレクトロニクス材料として有用性が増している材料について、従来よりも範囲を広げてトナー化を推進し、より高精細な描画を可能にする。そのために必要な要素でもあるのが、トナーの流動性向上とトナーの複合粒子化である。微小な粉体は互いに凝集しやすく、そのままではトナー型プリンテッドエレクトロニクスには不向きな材料も多い。これを解消してトナーの細粒化、高流動化を実現するために、導体材料の導電性を損なわずに流動性を向上するナノ粒子を適切に混和する。最終的に微粒子として素材を得るためには、一般的な液中での混合・攪拌は向かないので、空中に浮遊させての混合を検討する。粒子の複合化についてはさらにもう一つの利点があり、複合粒子化によって、構成材料の良い特性をたがいに活かす新材料を創生できる期待がある。たとえば、Auとグラフェンをうまく複合化できれば、Auの電気伝導性を確保しながら、グラフェンが備える有機半導体とのコンタクトの良さを持つコンタクト電極材料を創り出すことができる。これは、真空蒸着などでは実現できないことである。複合材料化については、メッキの下地、太陽電池の電極など、エレクトロニクス以外にもざまざまな活用が期待される。高精細化とデジタルダイレクトプリント化については、エレクトロニクス回路の印刷を行うことから、文書印刷よりもより一段の高精細化が要求される。原理は完成されていると考えられている現行のトナープリントを、エレクトロニクスプリンタとして一段と革新するため、新方式の開発も並行して行う。
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