2015 Fiscal Year Annual Research Report
ナノグラフェン材料を応用した高感度ひずみセンサの開発
| Project/Area Number |
15J07910
|
|---|
| Research Institution | Tohoku University |
|---|
Principal Investigator |
楊 猛 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2017-03-31
|
| Keywords | グラフェンナノリボン / ひずみセンサ |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究ではひずみが負荷されるグラフェンナノリボン電子物性の支配因子を解析的に解明するとともに，大変形追従可能なフレキシブル基板上へのグラフェンナノリボン応用ひずみセンサの開発を行う．本年度は三次元大規模変形負荷環境におけるグラフェンナノリボン電子物性変動支配因子解明と，フレキシブル基板上に大量生産可能なグラフェンナノリボン応用ひずみセンサ製造プロセス開発を行った．まず，第一原理解析を応用し，グラフェンナノリボン電子物性の変動支配構造因子を解析した．隣接した炭素原子のπ軌道のなす角（二面角）を用いることで，三次元変形を呈するグラフェンナノリボンのバンドギャップ変化をその寸法に依存せず統一的に評価できることを明らかにした.化学気相蒸着(CVD)法に基き，従来品質制御が困難と考えられてきたアセチレンガスを応用し，気相熱分解で安定した高速供給可能なアセチレンガスの超低分圧制御手法と，グラフェンと格子整合性が高い超清浄(111)強配向Cu基板の製造方法などを確立することで，従来最高品質を実現できていると考えられてきたメタンガスを応用して製造したものと同等以上の品質の単層グラフェン膜を従来比10倍以上の速度で実現した．銅基板上に形成したグラフェン膜を既存薄膜プロセスに移行可能なSiO2/Si基板に転写する技術，低熱応力制御微細加工技術，などを確立し，グラフェン膜応用トランジスタ構造の試作と動作確認を通し，開発した統合プロセスの有効性を実証した．さらに，微細加工した単層グラフェンナノリボンを大規模変形対応可能なフレキシブル基板（polydimethylsiloxane）上に低損傷で転写するプロセスを確立し，ひずみゲージの試作に成功するとともに，試作ひずみゲージが一軸引張負荷，曲げ負荷に追従応答することも実証した.
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は三次元大規模変形負荷環境におけるグラフェンナノリボン電子物性変動支配因子解明と，フレキシブル基板上に大量生産可能なグラフェンナノリボン応用ひずみセンサ製造プロセス開発を行った．
第一原理計算により一次元引張ひずみと三次元曲げ変形が負荷されるグラフェンノリボンの電気特性への影響を解析的に検討し，一次元引張ひずみが支配的になることを明らかにした．化学気相蒸着(CVD) 法に基き，従来品質制御が困難と考えられてきたアセチレンガスを応用し，気相熱分解で安定した高速供給可能なアセチレンガスの超低分圧制御手法などを用いて，高品質な単層グラフェンを高速かつ安定に成膜するプロセスを開発し，従来比10倍以上の製膜速度を実現した．また，低熱応力制御微細加工技術などを確立し，グラフェンナノリボン応用ひずみセンサ製造プロセスを開発した．
本研究成果は４件の学術論文にまとめるとともに国際学会にて1件の賞を受賞しており順調に研究が進んでいるといえる.
|
| Strategy for Future Research Activity |
グラフェンナノメッシュ(GNM)電子バンド構造及びその電気伝導特性のひずみ依存性を理論と実験の両面から解明し，GNMひずみセンサを作製する. 第一原理計算方法及び量子輸送シミュレーションを用いて，三次元ひずみ場負荷環境における GNMの電子バンド構造及び電気伝導性のひずみ依存性を予測し，そのひずみ応答特性の構造要素依存性を明らかにする．自己組織化ブロック共重合ポリマ(PS-b-PMMA)を用いて, ナノスケールの高密度アレイの孔（ナノホール）をグラフェンシートに形成し, GNM構造を作製する. 電子線描画技術によりSi(100) 基板上にステップとリップルなどの三次元ナノ構造を形成する．微小曲げ・折り試験によりGNM電子構造・電気伝導性の折り・曲げ変形感受性及びその構造要素の影響を実験的に検証する．大面積熱CVDグラフェンシートを用いて，透明でフレキシブルなGNMひずみセンサの試作と性能の評価を行う．
|
Research Products
(12 results)
