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2016 Fiscal Year Research-status Report

断線を自ら診断し自己修復する金属配線

Research Project

Project/Area Number 16KT0107
Research InstitutionWaseda University

Principal Investigator

岩瀬 英治  早稲田大学, 理工学術院, 准教授 (70436559)

Project Period (FY) 2016-07-19 – 2019-03-31
Keywordsフレキシブルデバイス / 自己修復
Outline of Annual Research Achievements

自己修復配線の基礎的・学術的な研究を行った。具体的な検討項目としては、材料・液体封止の 、修復電圧・修復領域の拡張 などの検討を行った。
材料・液体封止の検討に関しては、まずアガロースゲルを用いたゲル化とシリコーンオイルを用いた不揮発性溶媒化の2つを検討した。いくつかの条件(例えば、直径5nm金ナノ粒子分散水溶液を0.1%アガロースゲルでゲル化したもの)では修復が確認されたものの、修復時間が長くなる、修復する・しないが安定しないなどの問題点があった。また、これまで用いてきた 金ナノ粒子分散水溶液に関しては、シリコーンゴムで封止する手法を確立した。
また、修復電圧・修復領域の拡張に関しては、これまで、修復可能なき裂が幅4μmまでに限定されていたことの原因を解明し、幅30μm程度の大きなき裂も修復できるようになった。これは、電圧印可により、ナノ粒子がき裂を架橋し修復した後に、修復部に生じるジュール熱によってナノ粒子の架橋が破壊されるためであった。修復後に架橋部に流れる電流が過度にならないように工夫をすることで、ジュール熱による再破断が起こることなく30μm程度の大きな幅のき裂が修復可能となった。原理的には、さらに大きなき裂幅も修復可能であると見込めるが、フレキシブルデバイスにおいて伸展時に生じる自然に生じるき裂が幅10μm程度であることから、30μm程度のき裂が修復できることは十分な修復能を有していると言える。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

当初の計画の検討項目を行うことができた。具体的な結果としては、ゲル化や不揮発性溶媒化は問題点も多く利用は難しいという知見が得られた一方で、修復条件の精査により幅30μm程度の大きなき裂が修復可能になった。
これまでの幅4μm程度まで修復可能であったということに対して、7.5倍拡張したという "量的" な進展ともとれるが、これ以上に「フレキシブルデバイスにおいて伸展時に生じる自然に生じるき裂の幅10μm程度」を超えたという "質的" な進展が非常に大きな意味を持っている。これまではフレキシブルデバイスの伸展により配線が破断した後、伸展を戻さないと修復ができなかったものが、伸展による破断後すぐに修復が可能となるという大きな違いを有する。

Strategy for Future Research Activity

本年度、フレキシブルデバイス化を進めるにあたり大きな進展が得られたため、自己修復配線を用いたフレキシブルデバイスの実証を進める。
一方で、基礎的・学術的な研究も重要であると捉えているため、本年度行ったような検討も引き続き継続してゆく予定である。

Causes of Carryover

学会発表に関して、当該年度を予定していたものが、次年度となったものがあったため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

学会発表等、研究遂行に必要な費用に用いる。

  • Research Products

    (8 results)

All 2017 2016

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Voltage and Current Conditions for Nanoparticle Chain Formation using Dielectrophoresis2017

    • Author(s)
      Tomoya Koshi, Yuta Nakajima, Eiji Iwase
    • Journal Title

      Micro & Nano Letters

      Volume: accepted Pages: accepted

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 金属ナノ粒子の電界トラップを用いた配線修復における周波数依存性2017

    • Author(s)
      細谷航平, 古志知也, 岩瀬英治
    • Organizer
      日本機械学会 関東学生会 第56回学生員卒業研究発表講演会
    • Place of Presentation
      葛飾, 東京
    • Year and Date
      2017-03-16 – 2017-03-16
  • [Presentation] 伸縮基板上の金属配線におけるき裂の発生形態2017

    • Author(s)
      黒木雄也, 古志知也, 岩瀬英治
    • Organizer
      日本機械学会 関東学生会 第56回学生員卒業研究発表講演会
    • Place of Presentation
      葛飾, 東京
    • Year and Date
      2017-03-16 – 2017-03-16
  • [Presentation] Stretchable Electronic Device with Repeat Self-Healing Ability of Metal Wire2017

    • Author(s)
      Tomoya Koshi, Eiji Iwase
    • Organizer
      the 30th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS2017)
    • Place of Presentation
      Las Vegas, Nevada, USA
    • Year and Date
      2017-01-22 – 2017-01-26
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Voltage and Current Condition on Self-Healing Metal Wire2016

    • Author(s)
      Tomoya Koshi, Eiji Iwase
    • Organizer
      the International Symposium on Micro-Nano Science and Technology 2016 (MNST2016)
    • Place of Presentation
      Tokyo, Japan
    • Year and Date
      2016-12-16 – 2016-12-18
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Healing Process Behavior on Electric Field Trapping of Gold Nanoparticles2016

    • Author(s)
      Yuta Nakajima, Tomoya Koshi, Eiji Iwase
    • Organizer
      the International Symposium on Micro-Nano Science and Technology 2016 (MNST2016)
    • Place of Presentation
      Tokyo, Japan
    • Year and Date
      2016-12-16 – 2016-12-18
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 硬く高機能な材料を用いた柔らかく変形可能なデバイスの実現2016

    • Author(s)
      岩瀬英治
    • Organizer
      プリンタブルデバイス実装研究会 第2回公開研究会
    • Place of Presentation
      文京区, 東京
    • Year and Date
      2016-12-16 – 2016-12-16
    • Invited
  • [Presentation] 硬く高機能な材料を用いた柔軟フレキシブルデバイスの実現2016

    • Author(s)
      岩瀬英治
    • Organizer
      エレクトロニクス実装学会 2016ワークショップ
    • Place of Presentation
      伊豆, 静岡
    • Year and Date
      2016-10-13 – 2016-10-14
    • Invited

URL: 

Published: 2018-01-16  

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