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2019 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
キーワード生体内発電 / 圧電薄膜 / 心臓 / 有機強誘電体
研究実績の概要

成人男性3D-X線CT画像から再現した拍動型心臓モデルを用いて、生体内発電の第1候補臓器である心臓における圧電型発電の検証実験を行った。PEN上に有機強誘電体P(VDF/TrFE)を成膜してフレキシブル有機圧電素子を試作した。構造最適化したフレキシブル有機圧電素子を心臓モデルに貼り付け、心臓拍動のセンシング、圧電型発電能力を検証した。
有機圧電素子を心臓モデル(右心室表・裏、左心室表・裏)に固定し、拍動同時測定を行った結果、心臓モデルの拍動時系列に応じた出力電圧の時間変化を観測できた。心臓モデルの拍動速度を60 bpm(安静時)と162 bpm(ランニング時)に設定した所、拍動速度に依存した出力電圧波形を得た。右心室と左心室の間のわずかな拍動時間差も計測でき、不整脈などの心臓動作異常を検知できる可能性を示した。次に、実効電圧を測定することで出力電力の算出を行った。心臓拍動では膨張時と収縮時で出力電圧が異なるため、拍動1回に要する時間で積分することで出力エネルギー(J)を算出した。出力エネルギーは素子面積に比例して増加し、心臓発電の出力エネルギーとして1.52 μJ@169 mm2を得た。この値はZigbee無線センサ―において、約5時間に一回データを送信するのに必要なエネルギーに相当する。また血管内の力学特性計測をめざして、小型カテーテル型接触センサの試作も行い、模擬血管内の荒さ、堅さ計測検証を行った。これら有機圧電素子からの出力信号を検知する有機トランジスタに関する研究を進めた。電極表面の処理技術や短チャネルトランジスタの閾値電圧制御に取り組み,高移動度かつ閾値電圧の制御された有機トランジスタを実現した。
これらの実験結果から、生体内発電に向けたフレキシブル有機圧電フィルム創成と心臓拍動のセンシング・発電動作の基礎検証に成功した。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (50件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (10件) (うち査読あり 10件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (39件) (うち国際学会 12件、 招待講演 7件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Characteristics of an infrared sensor formed with a few molecular layers of vinylidene fluoride oligomers with in situ poling during vacuum evaporation2020

    • 著者名/発表者名
      Yohei Sutani, Tatsuya Fukushima, Yasuko Koshiba, Shohei Horike, Tetsuhiro Kodani, Takashi Kanemura and Kenji Ishida
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 59 ページ: SDDF01-1-7

    • DOI

      https://doi.org/10.7567/1347-4065/ab5502

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Improvement of thermal stability of an organic pyroelectric infrared sensor with Parylene C coating2020

    • 著者名/発表者名
      SUTANI Yohei、FUKUSHIMA Tatsuya、MORI Akimitsu、KOSHIBA Yasuko、KODANI Tetsuhiro、KANEMURA Takashi、ISHIDA Kenji
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 59 ページ: SGGG05-1-6

    • DOI

      https://doi.org/10.7567/1347-4065/ab5d70

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Wide-range work function tuning in gold surfaces modified with fluorobenzenethiols toward application to organic thin-film transistors2020

    • 著者名/発表者名
      Yoshioka Takumi、Fujita Hiroki、Kimura Yoshinari、Hattori Yoshiaki、Kitamura Masatoshi
    • 雑誌名

      Flexible and Printed Electronics

      巻: 5 ページ: 014011~014011

    • DOI

      DOI: 10.1088/2058-8585/ab71e3

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Evaluation of organic metal-oxide-semiconductor capacitors based on a distributed constant circuit2020

    • 著者名/発表者名
      Kimura Yoshinari、Hattori Yoshiaki、Kitamura Masatoshi
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 59 ページ: 036503~036503

    • DOI

      DOI: 10.35848/1347-4065/ab755b

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Directly Monitoring and Power Generation from Pulsating 3D Heart Model with Organic Flexible Piezoelectric Device2019

    • 著者名/発表者名
      Yuya Kondo, Shohei Horike, Yasuko Koshiba, Tatsuya Fukushima, and Kenji Ishida
    • 雑誌名

      apanese Journal of Applied Physics

      巻: 59 ページ: SDDF02-1-5

    • DOI

      https://doi.org/10.7567/1347-4065/ab54f5

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermophysical properties of the parylene C dimer under vacuum2019

    • 著者名/発表者名
      YAMADA Monamie、KOSHIBA Yasuko、HORIKE Shohei、FUKUSHIMA Tatsuya、ISHIDA Kenji
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 59 ページ: SDDA15-1-4

    • DOI

      https://doi.org/10.7567/1347-4065/ab5919

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of catheter-type tactile sensor composed of polyvinylidene fluoride (PVDF) film2019

    • 著者名/発表者名
      K. Takashima, K. Ota, M. Yamamoto, M. Takenaka, S. Horie, K. Ishida
    • 雑誌名

      ROBOMECH Journal

      巻: 6 ページ: 1-11

    • DOI

      https://doi.org/10.1186/s40648-019-0147-9

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Formation of a mixed monolayer on a gold surface using fluorobenzenethiol and alkanethiol2019

    • 著者名/発表者名
      Ikematsu Naoki、Takahashi Hayato、Hattori Yoshiaki、Kitamura Masatoshi
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 59 ページ: SDDA09~SDDA09

    • DOI

      DOI: 10.7567/1347-4065/ab4ebc

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Formation of a monolayer on a gold surface with high thermal stability using benzenedithiol2019

    • 著者名/発表者名
      Takahashi Hayato、Ikematsu Naoki、Hattori Yoshiaki、Kitamura Masatoshi
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 59 ページ: SDDA03~SDDA03

    • DOI

      DOI: 10.7567/1347-4065/ab51ce

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nucleation Density and Shape of Submonolayer Two-Dimensional Islands of Diphenyl Dinaphthothienothiophene in Vacuum Deposition2019

    • 著者名/発表者名
      Hattori Yoshiaki、Kimura Yoshinari、Kitamura Masatoshi
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 124 ページ: 1064~1069

    • DOI

      DOI: 10.1021/acs.jpcc.9b08628

    • 査読あり
  • [学会発表] 有機強誘電体薄膜の分極制御と機能性2020

    • 著者名/発表者名
      石田謙司
    • 学会等名
      第175回電子セラミック・プロセス研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] 三官能アリル基を用いた強誘電性高分子の化学架橋と構造・物性評価2020

    • 著者名/発表者名
      鶴村 佳輝, 小柴 康子, 堀家 匠平, 福島 達也, 石田 謙司
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] インプランタブルデバイスに向けたフレキシブル有機圧電薄膜のパリレン封止とセンサー/発電特性2020

    • 著者名/発表者名
      近藤佑哉, 堀家匠平, 小柴康子, 福島達也, 石田謙司
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 半導体型SWCNT熱電変換特性に対する分極場ドーピング機構の解明2020

    • 著者名/発表者名
      山崎 亮太,堀家 匠平, 小柴 康子, 福島 達也, 石田 謙司
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] TGS 単結晶分極場上でのイオン液体の固液相転移と界面電気特性変化2020

    • 著者名/発表者名
      岸本 拓也,福島 達也, 小柴 康子, 堀家 匠平, 石田 謙司
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 誘電体多層膜構造をもつ有機焦電型赤外線センサの電圧感度波長依存性2020

    • 著者名/発表者名
      磯村 拓海,福島 達也,小柴 康子,堀家 匠平,依田 秀彦,石田 謙司
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 有機強誘電性ポリマーの面内分極制御と焦電応答特性評価2020

    • 著者名/発表者名
      酢谷 陽平,福島 達也,小柴 康子,石田 謙司
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 偏光顕微鏡を用いた単層DPh-DNTT二次元核の方位決定2020

    • 著者名/発表者名
      服部 吉晃,北村 雅季
    • 学会等名
      第67応用物理学関係連合講演会
  • [学会発表] センサ・アクチュエータを支える有機強誘電体薄膜の最新動向2019

    • 著者名/発表者名
      石田謙司
    • 学会等名
      フレキシブル エネルギーデバイス コンソーシアム 2019年度第2回講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] 有機強誘電性薄膜の配向制御と機能発現 ~圧電型振動発電における配向効果~2019

    • 著者名/発表者名
      石田謙司, 福島達也, 小柴康子
    • 学会等名
      第68回高分子討論会
    • 招待講演
  • [学会発表] フッ素系有機強誘電体の薄膜構造制御と機能発現2019

    • 著者名/発表者名
      石田謙司, 小柴康子, 福島達也
    • 学会等名
      第42回フッ素化学討論会
    • 招待講演
  • [学会発表] Thermophysical properties of parylene C dimer under vacuum2019

    • 著者名/発表者名
      Monamie Yamada, Yasuko Koshiba, Shohei Horike, Tatsuya Fukushima, Kenji Ishida,
    • 学会等名
      10th International Conference on Molecular Electronics & BioElectronics (M&BE10)
    • 国際学会
  • [学会発表] High Voltage Sensitivity of Organic Pyroelectric Infrared Sensors Fabricated by Vacuum Evaporation under Electric Field2019

    • 著者名/発表者名
      Yohei Sutani, Tatsuya Fukushima, Yasuko Koshiba, Shohei Horike, Kenji Ishida
    • 学会等名
      10th International Conference on Molecular Electronics & BioElectronics (M&BE10)
    • 国際学会
  • [学会発表] Flexible organic piezoelectric device that combines sensing and self-power supply from heart beating2019

    • 著者名/発表者名
      Yuya Kondo, Shohei Horike, Yasuko Koshiba, Tatsuya Fukushima, Kenji Ishida,
    • 学会等名
      10th International Conference on Molecular Electronics & BioElectronics (M&BE10)
    • 国際学会
  • [学会発表] Interfacial electrical property of ionic liquid on polarization field formed by TGS single crystal,2019

    • 著者名/発表者名
      Takuya Kishimoto, Tatsuya Fukushima, Yasuko Koshiba, Shohei Horike, and Kenji Ishida
    • 学会等名
      2019 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2019),
    • 国際学会
  • [学会発表] Polarity Tuning of Semiconducting Single-walled Carbon Nanotube by Dipole Field of Ferroelectric Polymer for Thermoelectric Conversion2019

    • 著者名/発表者名
      Ryota Yamasaki, Shohei Horike, Yasuko Koshiba, Tatsuya Fukushima and Kenji Ishida
    • 学会等名
      2019 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] Heat Resistance Improvement of Deposited Vinylidene Fluoride Oligomer Based-Infrared Sensors by Parylene C Coating,2019

    • 著者名/発表者名
      Yohei Sutani, Tatsuya Fukushima, Akimitsu Mori, Yasuko Koshiba, Tetsuhiro Kodani, Takashi Kanemura, and Kenji Ishida,
    • 学会等名
      2019 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2019),
    • 国際学会
  • [学会発表] 有機強誘電体分極場を用いた半導体型単層カーボンナノチューブのp/n 極性制御と熱電変換特性2019

    • 著者名/発表者名
      山崎 亮太,堀家 匠平, 小柴 康子, 福島 達也, 石田 謙司
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] パリレンCダイマーの真空中熱挙動の観察2019

    • 著者名/発表者名
      山田 萌菜美, 小柴 康子, 堀家 匠平, 福島 達也, 石田 謙司
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] 強誘電性高分子の化学架橋と構造および電気特性評価2019

    • 著者名/発表者名
      鶴村 佳輝, 小柴 康子, 福島 達也, 石田 謙司
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] フッ素系高分子圧電体を用いたユニモルフカンチレバー型振動発電デバイスの特性評価2019

    • 著者名/発表者名
      小柴康子, 小林晃子, 堀家匠平, 福島達也, 神野伊策, 石田謙司
    • 学会等名
      第42回フッ素化学討論会
  • [学会発表] PVDFフィルムを用いたカテーテル型触覚センサの作製方法の検討2019

    • 著者名/発表者名
      井上 魁,高嶋 一登,竹中 慎,堀江 聡,石田 謙司
    • 学会等名
      第32回バイオエンジニアリング講演会
  • [学会発表] 細長い柔軟な医療機器の動作解析―血管内治療への応用―2019

    • 著者名/発表者名
      高嶋 一登
    • 学会等名
      第42回日本バイオレオロジー学会年会
    • 招待講演
  • [学会発表] 有機強誘電体薄膜を用いたカテーテル型触覚センサ2019

    • 著者名/発表者名
      高嶋 一登
    • 学会等名
      フレキシブルエネルギーデバイスコンソーシアム 2019年度第2回講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] 血管内治療デバイスの動作解析2019

    • 著者名/発表者名
      高嶋 一登
    • 学会等名
      脳神経血管内治療に関する医工学連携研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] Thin-film transistors based on copper phthalocyanine deposited on a gate dielectric rubbed with poly(tetrafluoroethylene)2019

    • 著者名/発表者名
      Shotaro Watanabe, Yoshinari Kimura, Yoshiaki Hattori, Masatoshi Kitamura
    • 学会等名
      Compound Semiconductor Week (csw2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] Voltage and frequency dependence of capacitance characteristics in organic MOS capacitors2019

    • 著者名/発表者名
      Yoshinari Kimura, Yoshiaki Hattori, Masatoshi Kitamura
    • 学会等名
      Compound Semiconductor Week (csw2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] High thermal stability of the benzenedithiol monolayer formed on a gold surface2019

    • 著者名/発表者名
      Hayato Takahashi, Ikematsu Naoki, Yoshiaki Hattori, Masatoshi Kitamura
    • 学会等名
      10th International Conference on Molecular Electronics and Bioelectronics (M&BE 10)
    • 国際学会
  • [学会発表] The formation of a mixed monolayer on a gold surface toward surface property control2019

    • 著者名/発表者名
      Naoki Ikematsu, Hayato Takahashi, Yoshiaki Hattori, Masatoshi Kitamura
    • 学会等名
      10th International Conference on Molecular Electronics and Bioelectronics (M&BE 10)
    • 国際学会
  • [学会発表] Surface properties of oriented polytetrafluoroethylene films with a micrometer pitch2019

    • 著者名/発表者名
      Yuki Matsuda, Yoshinari Kimura, Yoshiaki Hattori, Masatoshi Kitamura
    • 学会等名
      10th International Conference on Molecular Electronics and Bioelectronics (M&BE 10)
    • 国際学会
  • [学会発表] Bottom-contact pentacene thin-film transistor with threshold voltages controlled by oxygen plasma treatment2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Fujita, Yoshinari Kimura, Yoshiaki Hattori, Masatoshi Kitamura,
    • 学会等名
      International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM)
    • 国際学会
  • [学会発表] MOSキャパシタ構造を利用した有機半導体中のキャリア移動度評価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80回応用物理学会学術講演会
  • [学会発表] 金表面に形成したベンゼンジチオール単分子膜の耐熱性評価2019

    • 著者名/発表者名
      高橋 勇人, 池松 直樹, 服部 吉晃, 北村 雅季
    • 学会等名
      第80回応用物理学会学術講演会
  • [学会発表] 単層 DPh-DNTT の2次元アイランドにおける異方性2019

    • 著者名/発表者名
      服部 吉晃, 木村 由斉, 北村 雅季
    • 学会等名
      第80回応用物理学会学術講演会
  • [学会発表] Statistical study of shape for submonolayer 2D islands of DPh-DNTT prepared by vacuum deposition2019

    • 著者名/発表者名
      Yoshiaki Hattori, Yoshinari Kimura, Masatoshi Kitamura
    • 学会等名
      38th Electronic Materials Symposium
  • [学会発表] フルオロベンゼンチオールを電極表面に修飾した有機薄膜トランジスタ2019

    • 著者名/発表者名
      濱野 凌,藤田 宏樹, 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16回研究集会「新時代に向けた薄膜材料のデバイス技術」
  • [学会発表] パッシベーション膜を有するpチャネルSnOx薄膜トランジスタ2019

    • 著者名/発表者名
      岩佐 恒汰,岩田 大輝,木村 由斉,北村 雅季
    • 学会等名
      薄膜材料デバイス研究会 第16回研究集会「新時代に向けた薄膜材料のデバイス技術」
  • [学会発表] ガスセンサ応用に向けたSnO2薄膜トランジスタの電流安定性評価2019

    • 著者名/発表者名
      岩田 大輝,岩佐 恒汰,木村 由斉,北村 雅季
    • 学会等名
      薄膜材料デバイス研究会 第16回研究集会「新時代に向けた薄膜材料のデバイス技術」
  • [学会発表] 酸素プラズマ処理が与える有機半導体/絶縁膜界面準位への影響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67応用物理学関係連合講演会
  • [図書] 2020版薄膜作製応用ハンドブック 第5章 センサ 第4節 赤外線センサ2020

    • 著者名/発表者名
      石田謙司
    • 総ページ数
      1279-1285
    • 出版者
      エヌ・ティー・エス
    • ISBN
      978-4-86043-631-5 C3058

URL: 

公開日: 2021-01-27  

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