新材料:日本の研究者がナノセルロース紙半導体を開発

 

日本の研究者はナノセルロース紙半導体を開発し、3 D構造のナノ-ミクロン-マクロスパンスケール設計性および電気性能の広範な調整性を示した。研究結果は先日、米国化学学会の中核ジャーナル「ACSナノ」に発表された。

3 Dネットワーク構造を有する半導体ナノ材料は高表面積と大量の空隙を有し,吸着,分離,センシングに関する応用に非常に適している。しかしながら、電気的特性を同時に制御し、有用なミクロおよびマクロ構造を作成し、優れた機能と最終用途の多機能性を実現することは、依然として挑戦的である。

セルロースは木材由来の天然で入手しやすい材料である。セルロースナノファイバー(ナノセルロース)は、標準A 4用紙サイズに類似したフレキシブルなナノセルロース紙(ナノペーパー)シートを製造することができる。ナノペーパーは導電性ではないが,加熱は導電特性を導入できる。しかし,この熱受容はナノ構造を破壊する可能性もある。

大阪大学の研究者は東京大学、九州大学、岡山大学と協力し、ナノペーパーを加熱し、ナノスケールからマクロスケールまでの紙構造を破壊しない処理技術を設計した。

「ナノペーパー半導体の重要な特性の1つは、特定のアプリケーションの設計を展開できるため、調整性である。」研究著者の古賀博隆副教授は、ヨウ素処理がナノペーパーのナノ構造を保護するのに非常に有効だと説明した。これを空間制御の乾燥と組み合わせることは、熱分解処理が設計された構造を著しく変化させず、選択された温度を用いて電気的性質を制御できることを意味する。

研究者は折り紙と切り紙技術を用いてナノ紙のマクロレベルでの柔軟性を提供した。彼らは鳥や箱を折り畳み、リンゴや雪などの形を打ち抜き、レーザーカットでより複雑な構造を生み出した。これは,新しいプロセスが達成できる可能性のある詳細レベルと,熱処理が損傷をもたらさないことを実証した。

応用に成功した例は、ナノペーパー半導体センサを着用可能な装置に組み合わせて、マスクを通して呼び出される水分と皮膚上の水分を検出することである。ナノペーパー半導体はグルコースバイオ燃料電池の電極としても用いられ,発生したエネルギーは小さな電球を点灯させた。

古賀博隆氏によると、ナノ材料を実際の設備に変換する新しい研究が示した構造維持と調整性は非常に鼓舞的で、新しい方法は植物材料から完全に作られた持続可能な電子製品の次の発展に基礎を築いたという。