ひずみ制御によるグラフェンナノリボン電子構造設計手法の構築と多機能センサへの応用

2022 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20H02022
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分18010:材料力学および機械材料関連
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 鈴木 研 東北大学, 工学研究科, 准教授 (40396461)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: グラフェンナノリボン / ひずみ制御 / ひずみセンサ / ガスセンサ / 光センサ

研究成果の概要

グラフェンナノリボン（GNR）のバンドギャップがひずみ負荷により周期的に変化することを利用し、GNRの形状と内部ひずみの組み合わせによりバンドギャップを制御することで性能向上や高機能化を実現するGNR電子構造設計手法の開発に挑戦した。本手法の具体的な応用課題として、ひずみセンサ、ガスセンサ、光センサの試作評価を行い、GNR電気抵抗のひずみ依存性を確認するとともに、ひずみ負荷によるガスセンサ感度の向上、疑似太陽光照射下における光電流の増加を確認した。以上より、GNRの形状と適切なひずみ負荷によるバンドギャップ制御の可能性を実証し、GNR応用センサの性能向上における本手法の有用性を明らかにした。

自由記述の分野

材料化学

研究成果の学術的意義や社会的意義

GNRの電気伝導特性評価や光電流測定、ひずみセンサやガスセンサへの応用研究から、グラフェンの形状とひずみを組み合わせることにより任意の電子状態を実現できる可能性を示し、グラフェン応用センサの感度向上に有効な手法であることを明らかにした。形状とひずみ制御に基づき、グラフェンの電気伝導特性の安定化と高バンドギャップ化を両立する設計指針を確立することにより、高性能グラフェンデバイスの実用化に大きく貢献できると考えている。