2020 Fiscal Year Annual Research Report

弾性体/塑性材料構造の湾曲を用いた平面電子デバイスを糸状に変形させる基盤技術

Research Project

Project/Area Number	20H02216
Research Institution	National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
Principal Investigator	武居淳国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (70726794)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	日下靖之国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (00738057) 延島大樹国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究員 (20750110) グエンタン・ヴィン国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究員 (20773427) 竹下俊弘国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (90784124)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	電子デバイス / ストレッチャブル / フレキシブル / ファイバー
Outline of Annual Research Achievements	人間に装着することを想定し電子デバイスのフレキシブル化、ストレッチャブル化が進められている。しかしながら、人間の体表に取り付ける場合、装着できることに加え、装着時の快適性を考慮する必要がでてくる。本研究では、人間の慣れ親しんだ形状である衣服に電子デバイスを組み込むことで快適性を備えたウェアラブルデバイスの実現を目座右。衣服に組み込める形状として糸状のデバイスの開発が近年提唱されている。しかしながらセンサ、バッテリ、アクチュエータ、太陽電池、発光素子など多彩な電子デバイスを包括的に糸状にする技術はない。本研究では、平面形状の電子デバイスを弾性体/塑性材料を組み合わせることで糸状に変形させる技術を創出する。これまでに、弾性体の厚さ、ヤング率、幅、長さ、薄膜の厚さを変え、形状の変化を定性的に調べた。実験から得られた傾向から、弾性体および薄膜のパラメータと最終的な形状を結びつけるべき乗則の予測をたてることに成功した。弾性体に関して引張試験機を使いヤング率を計測するとともに、用いる材料に関して弾性体材料の破断強度や薄膜との密着性を向上させることに成功した。また、断面の顕微鏡写真に加え、X線CTを使うことにより形状を非破壊で10マイクロメートルの解像度で観察することに成功した。X線CTでの観察により糸状の構造を曲げたときに局所的に応力が集中する箇所があることを確認した。使用する材料および構造の計測手法を確立することができた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 弾性体および薄膜の構造および機械的特性を変え、その物理量と形状の関係を実験的に調べることで形状を予測する理論の基盤を得ることができた。また、複数の弾性体をつかうことにより幅広い範囲の物理量を変えることに成功し、パラメータと形状のべき乗則をより正確に捉えることができた。また、得られた構造を光学顕微鏡だけでなくＸ線ＣＴを用いた非破壊での内部構造、応力の集中箇所を観測する手法を確立することが出来た。弾性体の硬さの計測に引張試験機を用いるなど、これまでに材料ならびに形状を定量的に計測するための機器、手法の確立ができた。
Strategy for Future Research Activity	これまでに弾性体と塑性材料を組み合わせることで糸状の構造が得られることを確認した。今後は弾性体、塑性材料だけでなく金属材料、有機材料と組み合わせることで糸状の電子デバイスを試作する。電子デバイスの試作としてまず、有機導電性材料を弾性体、塑性材料とくみあわせ糸状のストレッチャブル導線を実現する。また、試作した糸状ストレッチャブルデバイスと情報送信機能を持った外部回路と組み合わせることで、ウェアラブルデバイスとしてのデモンストレーションを行う。また、弾性体、塑性材料の幅、硬さ、ヤング率を変えた際の形状をさらに物理量のパラメータをかえ観察し、提唱する手法が適用できるスケールの確認を行う。