助成番号

５－２160927
研 究 成 果 報 告 書（国立情報学研究所の民間助成研究成果概要データベース・登録原稿）

研究テーマ（和文） ＡＢ

ナノ構造を有する酸化物の半導体式ガスセンサ応用に向けた材料改良と特性向上

研究テーマ（欧文） ＡＺ

Refinement and enhancement of oxide nano-structure materials for semiconductor gas
sensor application

研究氏
代表名者

ｶﾀｶﾅ ＣＣ姓）ｽｶﾞﾊﾗ名）ﾄｵﾙ

研究期間 Ｂ

２０１６～ ２０１８年

漢字 ＣＢ

菅原徹

報告年度 ＹR

２０１８年

Tohru

研究機関名

産業科学研究所

ﾛｰﾏ字 ＣＺ Sugahara

研究代表者 ＣＤ
所属機関・職名

大阪大学産業科学研究所・准教授

概要 ＥＡ (600 字～800 字程度にまとめてください。)
ファインマンや久保らによって、物質のナノサイズ効果が提唱されて以来、半世紀以上に渡ってナノ材料は研究・開発されてきた。巨大比表面積による融点や焼結温度の低減、量子サイズ効果による新機能の発現など、今や材料科学にとってナノ材料分野は欠かせない存在となっている。
しかし、これらの有効な機能性がありながら、これまで、その性質を極限まで利用した有用なデバイスは民生に広まっていない。それの理由は、1.収率が少ない。2.合成にかかるコストが膨大となる。などが指摘されるが、一番の問題点は、ナノ材料を応用デバイスとして構築する場面で、パターニング(配列や描画)にかかる 3.高精度な製造技術や 4.周辺材料の浪費などのコスト面でのハードルが挙げられる。つまり、ナノ材料のポテンシャルを的確に引き出し利用するためには、『ナノ材料の作製からパターニングまでを如何に簡便な方法でプロセッシングするか』にかかっている。
著者は、このような背景に着目し、簡単な方法でナノ材料を作製し、同時にデバイスを作製できるプロセスを開発するという着想に至り、前駆体溶液を単純に基板へ塗布し数分間焼結するだけで酸化物ナノ材料アレイを作製すことに成功していた(T. Sugahara et al. Cryst.Growth & Des. 2015.)。
異方性酸化物ナノ粒子は、本来、水熱法やソルボサーマル法などのバッチ式で合成され、デバイス応用するために、リソグラフィーやエッチングなどを用いてパターニングされた基板へ塗布法や自己組織化などで配列させる。また、同様な方法で種結晶を配列した後に異方成長させる手段も開発されている。しかしながら、これらの手段は、前述の様に原材料やリソグラフィー材料を浪費するなどデバイス作製に費やす製造コストが膨大となる。
本研究では、ナノ材料を合成と同時に基板へ配列し、デバイス製造プロセスに係る手間や費用を大幅に低減する。また同時に、ナノ材料の形態制御や物性制御を液相成長化学法により挑戦した。

キーワード ＦＡ

有機金属分解法

セラミックス薄膜

ナノ構造薄膜（以下は記入しないでください。）
助成財団ｺｰﾄﾞ ＴＡ

研究課題番号 ＡＡ

研究機関番号 ＡＣ

シート番号- 1 -ガスセンサ

発表文献（この研究を発表した雑誌・図書について記入してください。）
論文標題ＧＢ

Diverse Adsorption/Desorption Abilities Originating from the Nanostructural Morphology of VOCGas Sensing Devices Based on Molybdenum Trioxide Nanorod Arrays

著者名 ＧＡS.
Cong,
T. 雑誌名 ＧＣ
Advanced Materials Interfaces
Sugahara, T. Wei,J.
Jiu, Y. Hirose, S.
1600252～発行年 ＧＥ
201
6
巻号 ＧＤ
3Nagao,andK.
Suganuma,
Modifying the valence state of molybdenum in the efficient oxide buffer layer of organic solar cells

雑誌

ページ ＧＦ
論文標題ＧＢ

via a mild hydrogen peroxide treatment

雑誌

著者名 ＧＡ
ページ ＧＦ
論文標題ＧＢ

雑誌

著者名 ＧＡ
ページ ＧＦS.
Cong,
A. 雑誌名 ＧＣ
J. Mater. Chem. C
Hadipour,T.
Sugahara,
889 ～ T.
895Wei, 発行年 ＧＥ
2017
巻号 ＧＤ
5J. Jiu, S. Ranjbar, Y.
Hirose,M.beneficial coating process for optical devices based on zinc hydroxide amorphous
An energy-efficient
Karakawa,
S.
Nagao,
semiconductor ultra-thin film
T. Aernouts and K.
M.
Karakawa, T. 雑誌名 ＧＣ
Scientific Reports
Suganuma,Y.
Sugahara,
Hirose,10839～ K. 発行年 ＧＥ
2018
巻号 ＧＤ
8Suganuma, Y. Aso

著者名 ＨＡ

菅原 徹、菅沼克昭

書名 ＨＣ

ヘルスケアを目的とした揮発性有機化合物 VOC）を検出するナノ構造のガスセンサ素子,「生体ガス計測と高感度ガスセンシング」

総説出版者 ＨＢ

CMC 出版

発行年 ＨＤ2017

総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ9

著者名 ＨＡ

菅原 徹

書名 ＨＣ

ウェアラブル呼気センサのための半導体ナノ材料,「ヘルスケア・ウェアラブルデバイスの開発」

解説

出版者 ＨＢ

CMC 出版

発行年 ＨＤ2017

総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ9

欧文概要 ＥＺ
For more than half a century, nanomaterials have been researched and developed since Feinman andKubo et al. had been advocated the nanosize effect of materials.The nanomaterials field is now
indispensable to materials science, such as the reduction of the melting points and sintering
temperatures, the large specific surface area and the emergence of new functions due to the quantum
size effect.However, while the nano materials having the effective functionalities, until now, usefuldevices utilizing these properties to the limit have not spread to the consumer. The reason for thatare 1. The yield is low. 2. The cost of synthesis is enormous. The most problem is that, in the context
of building nanomaterials as applied devices, 3. the cost of high-precision manufacturing technology
and 4. waste of peripheral materials required for patterning (arrangement and drawing).Hurdles in termsof In other words, in order to accurately draw out and use the potential of nanomaterials, it depends
on “how easy it is to process nanomaterials from fabrication to patterning”.
The authors take note of such background and leads to the idea of simultaneously producing
nanomaterials by a simple method which is applying the precursor solution to the substrate and sintering
for several minutes, and developing a process capable of producing devices. Then, the autors havesucceeded in producing and growthing the oxide nanomaterial arrays on the substrate(T. Sugahara et al.
Cryst. Growth & Des. 2015.).Anisotropic oxide nanoparticles are originally synthesized by a batch method
such as hydrothermal method and/or solvothermal method. Moreover, the oxide nanoparticles applied tothe substrate patterned by using lithography, etching or the like for device application, or
self-assenble by something method etc.Also, means have been developed for arranging the seed crystals
in the same manner and then anisotropically growing them. However, these means result in hugemanufacturing costs for device fabrication such as wasting raw materials and lithography materials as
described above.
In this research, we arrange nanomaterials on a substrate at the same time as synthesis, and greatly
reduce the time and cost involved in the device manufacturing process. At the same time, we tried tocontrol the morphology and physical properties of nanomaterials by liquid phase growth chemistry.

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