• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2018 年度 実績報告書

生体内発電にむけた超フレキシブル有機圧電フィルムの創製

研究課題

研究課題/領域番号 17H06229
研究機関神戸大学

研究代表者

石田 謙司  神戸大学, 工学研究科, 教授 (20303860)

研究分担者 北村 雅季  神戸大学, 工学研究科, 教授 (10345142)
高嶋 一登  九州工業大学, 大学院生命体工学研究科, 准教授 (30435656)
小柴 康子  神戸大学, 工学研究科, 助手 (70243326)
福島 達也  神戸大学, 工学研究科, 講師 (70705392)
研究期間 (年度) 2017-06-30 – 2020-03-31
キーワード有機強誘電体 / 生体内センシング / 圧電 / イオン液体 / 発電
研究実績の概要

P(VDF/TrFE)/ILゲルにおいて、リーク電流を抑制して分極反転を安定操作するために導入した三層構造ゲル素子(固体/ゲル/固体))の分極反転メカニズムを考察した。三層構造ゲル素子では従来の固体P(VDF-TrFE)と同等の残留分極量Prを示し、抗電界は大幅低下した。ゲル層だけでなく固体層も低電界で分極反転している実験事実から、そのメカニズムがイオン液体/P(VDF/TrFE)界面における電気二重層と分極との相互作用にあると考えた。外部電場を印加した際、ゲル内部のイオン液体は低電圧でイオン組み替えをおこし、界面極近傍に電気二重層を形成する。その際、界面での電束補償のために上下固体層P(VDF/TrFE)の分極反転が誘発されるモデルを考察した。また有機圧電フィルムからの出力信号を検知するための有機トランジスタ回路に関する研究を進め、その過程で得られた閾値電圧制御の技術を論理回路に応用して発振回路の動作に成功した。
また昨年度導入した心臓拍動シミュレータを用いて心臓の動きの圧電センシングを試みた。超薄圧電フィルムを成人男性の3D-CT画像から再現した心臓モデルに貼り付け、その拍動に伴う圧電出力の観測を行った。右心房・左心房を中心に臓器に沿うように設置した圧電フィルムからは、心臓モデルの膨張時、収縮時に正負逆の明確な圧電電圧信号をピックアップできた。分極処理としてUp/Downを反転すると逆極性の信号が観測できたことから、静電ノイズではなく圧電信号であることを確認した。またPVDFフィルムを用いた柔軟なカテーテル型触覚センサを試作し,錘落下実験による基礎評価を経て、内壁に凹凸のある血管モデルへの挿入実験を行い、生体内センシングの基礎検証を行った。

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

P(VDF/TrFE)/イオン液体ゲルにおいて観測される劇的な抗電界Ecの減少について、分極反転挙動の詳細な解析によりモデル化することができた。イオン液体の界面電気二重層と有機強誘電体の分極との相互作用の制御という新しい概念は、本実験で得られた抗電界減少、圧電性増大に留まらず、更なる研究深化により有機強誘電体の新たな可能性を示したと考える。また心臓拍動シミュレータ、血管モデルを用いて超薄有機圧電フィルムによる生体情報センシングの実データを観測できたことは、今後予定しているバイタル検知、圧電型発電の実験にむけた基礎検証に成功したと考える。

今後の研究の推進方策

今後は、心臓拍動シミュレータを用いた拍動センシング、圧電発電の実験を中心に取り組む。キーテクノロジーとなる超薄圧電フィルムのデバイス構造の最適化に加え、生体適合性膜の付与、疑似生体内環境内での測定、心臓の動き(安静、運動など)に伴う信号変化について研究を絞り込んで実施する。人間の安静時だけでなく、ランニング時など多様な拍動状態を想定したセンシング、発電出力特性を調査する。心臓の動き(拡張期、拡張保持、収縮、収縮保持)、血管内壁状態に対するフィルム出力信号との相関性を解析することで生体内情報のセンシング/発電特性について調査する。生体適合性ある耐水性素材(パリレンなど)をコーティングした超薄圧電フィルムを試作し、生体内を模倣した疑似生体内環境(生理食塩水、疑似体液中)でのインピーダンス特性、強誘電特性/圧電特性、発電特性、バリア特性などの測定と動作検証に取り組む。

  • 研究成果

    (22件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 1件、 招待講演 4件)

  • [雑誌論文] High hardness and low dielectric constant thin films with oriented urea oligomers by physical vapor deposition2019

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Morimoto, Tatsuya Fukutomi, Yasuko Koshiba, and Kenji Ishida
    • 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] A ring oscillator consisting of pentacene thin-film transistors with controlled threshold voltages2019

    • 著者名/発表者名
      Hajime Takahashi, Masatoshi Kitamura, Yoshiaki Hattori, Yoshinari Kimura
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 58, SBBJ04 ページ: 1-8

    • DOI

      10.7567/1347-4065/ab01d3

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Orientation Dependence of Power Generation on Piezoelectric Energy Harvesting Using Stretched Ferroelectric Polymer Films2018

    • 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
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conf. Series

      巻: 1052 ページ: 012112-1-4

    • DOI

      10.1088/1742-6596/1052/1/012112

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Thermodynamics of ionic liquid evaporation under vacuum2018

    • 著者名/発表者名
      Shohei Horike, Masato Ayano, Masahiro Tsuno, Tatsuya Fukushima, Yasuko Koshiba, Masahiro Misakia and Kenji Ishida
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 20 ページ: 21262-21268

    • DOI

      10.1039/C8CP02233J

    • 査読あり
  • [雑誌論文] In situ Monitoring of Vapor-phase Polymerization and Characterization of Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Thin Film2018

    • 著者名/発表者名
      Yasuko Koshiba, Mana Hirai, Shohei Horike, Masahiro Morimoto, Masahiro Misaki, Tastuya Fukushima, and Kenji Ishida
    • 雑誌名

      Sensors and Materials

      巻: 30 ページ: 2873-2879

    • DOI

      10.18494/SAM.2018.1986

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [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 圭祐, 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 IEICE Technical Report

      巻: 34 ページ: 34-36

  • [学会発表] 有機MOSキャパシタの電圧・周波数特性解析2019

    • 著者名/発表者名
      木村 由斉,服部 吉晃,北村 雅季
    • 学会等名
      第66応用物理学関係連合講演会
  • [学会発表] 酸素プラズマ処理によるボトムコンタクト型有機トランジスタの閾値電圧制御2019

    • 著者名/発表者名
      藤田 宏樹,吉岡 巧,木村 由斉,服部 吉晃,北村 雅季
    • 学会等名
      第66応用物理学関係連合講演会
  • [学会発表] 有機圧電性薄膜による振動発電2018

    • 著者名/発表者名
      堀家匠平、石田謙司
    • 学会等名
      有機エレクトロニクス材料研究会第229回研究会「IoT関連の電源技術」
    • 招待講演
  • [学会発表] 分極制御した有機圧電性薄膜によるリアルタイム多軸モーションセンシング2018

    • 著者名/発表者名
      石田謙司
    • 学会等名
      ゴム協会9月例会講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] 構造制御した有機圧電薄膜の振動発電特性2018

    • 著者名/発表者名
      石田謙司
    • 学会等名
      薄膜材料デバイス研究会 第15回研究集会
    • 招待講演
  • [学会発表] 分極制御した有機強誘電体薄膜によるセンサ・創エネ機能創出2018

    • 著者名/発表者名
      石田謙司
    • 学会等名
      高分子学会・有機エレクトロニクス研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] PVDFフィルムを用いたカテーテル型触覚センサによる血管モデルの表面性状測定2018

    • 著者名/発表者名
      山本雅樹,高嶋一登,佐々木拓真,竹中慎,堀江聡,石田謙司
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2018(ROBOMECH2018
  • [学会発表] 2枚のPVDFフィルムを用いたカテーテル型触覚センサの試作2018

    • 著者名/発表者名
      山本雅樹,高嶋一登,竹中慎,堀江聡,石田謙司
    • 学会等名
      第19回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会(SI2018)
  • [学会発表] 画像処理を用いた血管内治療デバイスの接触力推定(誤差補正方法の検討)2018

    • 著者名/発表者名
      佐々木拓真,高嶋一登
    • 学会等名
      第19回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会(SI2018)
  • [学会発表] 血管内治療デバイス留置シミュレータの開発(コイルと動脈瘤モデルの接触面積・荷重の評価)2018

    • 著者名/発表者名
      池田雄太,高嶋一登,葭仲潔,于凱鴻,太田信,森浩二,当麻直樹,鈴木秀謙
    • 学会等名
      第19回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会(SI2018)
  • [学会発表] フルオロベンゼンチオール修飾による金表面の制御と有機トランジスタ応用2018

    • 著者名/発表者名
      吉岡 巧,木村 由斉,服部 吉晃,北村 雅季
    • 学会等名
      薄膜材料デバイス研究会 第15回研究集会「未来のエネルギー社会に貢献する薄膜技術」
  • [学会発表] ポリテトラフルオロエチレン配向膜を有する銅フタロシアニン薄膜トランジスタ2018

    • 著者名/発表者名
      渡邉 翔太郎,木村 由斉,服部 吉晃,北村 雅季
    • 学会等名
      薄膜材料デバイス研究会 第15回研究集会「未来のエネルギー社会に貢献する薄膜技術」
  • [学会発表] Logic circuits consisting of pentacene thin-film transistors with controlled threshold voltages2018

    • 著者名/発表者名
      Hajime Takahashi, Masatoshi Kitamura, Yoshiaki Hattori, Yoshinari Kimura
    • 学会等名
      International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM)
    • 国際学会
  • [学会発表] pチャネルSnOx薄膜トランジスタに対するパッシベーション膜の効果2018

    • 著者名/発表者名
      三木 正紀,岩田 大輝,北村 雅季
    • 学会等名
      第79回応用物理学会学術講演会
  • [学会発表] 有機薄膜トランジスタにおける酸素プラズマ処理による閾値電圧シフトの起源2018

    • 著者名/発表者名
      髙橋 一,北村 雅季,服部 吉晃,木村 由斉
    • 学会等名
      第79回応用物理学会学術講演会
  • [学会発表] 有機薄膜トランジスタへの応用に向けたフルオロベンゼンチオール表面修飾による金電極の仕事関数制御2018

    • 著者名/発表者名
      吉岡 巧,木村 由斉,服部 吉晃,北村 雅季
    • 学会等名
      第79回応用物理学会学術講演会

URL: 

公開日: 2019-12-27  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi