Review

局所レーザ溶接による金属ナノワイヤー極細配線
局所レーザ溶接による金属ナノワイヤー極細配線の実現と皮膚貼付け型フレキシブル回路への適用の実現と皮膚貼付け型フレキシブル回路への適用

写真位置
削除しない
で く ださ い

富岡
*
富岡 明宏
明宏

A. Tomioka
１．研究の目的と背景
金属ナノワイヤー

1,2)

電源電池を廃止し，代わりにワイヤレス給電 7-9)を利用すの研究はナノテクノロジーとともる，の 2 点が挙げられる．に急速に進展してきたが，現状では最大でも長さ 0.3mm

本研究で探求する局所光溶接した金属ナノワイヤーはにしかならず，配線材料として実用的な長さを確保するた柔軟回路に必要な極細配線として機能する．同時に，極細めには，溶接などの手法でつなぎ合わせる必要があり（図の金属ナノワイヤーを束ねた配線材料は，１本の太い金属

１），ここに微視的物体のレーザ加工・処理技術の新たな線よりも表面積が格段に大きく（図２），従って理想的な展開が切望されている．

高周波用配線材料となり，数十 cm 以上離れてもワイヤレ

金属ナノワイヤーの交差・近接部分には表面プラズモン

ス給電できるマイクロ波周波数帯の受電アンテナとしての電界増強効果が期待でき，レーザ波長を表面プラズモン格好の材料となる可能性が高い．スマホ等の Wi-Fi に使わ共鳴に一致させれば，通常よりもはるかに高強度のレーザれているマイクロ波は指向性が高く，電波の拡散が少ない加工・処理が実現できる．しかもこの手法では，必要とさため，長い距離にわたって電力を有効に運ぶのに適しておれる交差・近接部分のみをピンポイントで加熱し 3)，局所り，現在主流の MHz 帯「置くだけ充電」に代わる次世代光溶接を施すことが可能となろう（図１）．

技術として注目されている 9,10)．

このようにして作製された局所光溶接金属ナノワイヤ

本論文では，ラボ用マイクロ波オーブン 11,12)を使った均ーの応用先として有望なのが，皮膚貼付け型センサ回路 4-一加熱法により長さ・太さのそろった極細金属ナノワイヤ

6）ーを作製，これを塗布した配線に局所光溶接を行い，長さである．痛みを伴わずに心拍数や血中酸素濃度を計測できる非侵襲型皮膚貼付け型センサ回路が実用化すれば，壮0.1 mm に満たないナノワイヤーどうしを 10 cm 以上の距

年者の健康意識の高まりによる健康維持のための身体運離にわたって電気的に接合する．その導電性評価とともに，動が，ややもすれば過度に陥り却って健康を害することの曲げ加工時の電気的な屈曲耐性を評価する．最後にマイクないよう，運動負荷が適度かどうかをリアルタイムに自分ロ波周波数帯でのワイヤレス給電の実用性を評価するたで把握することが可能となる．また介護が必要な高齢者のめ，この金属ナノワイヤーをアンテナ型に塗布し，RFID 用

身体状態・健康状態も，高齢者に負担をかけることなくモ

送信機 10,13,14)から送った電波をこの金属ナノワイヤー・アニタリング可能になる．センサ回路への今後の要望として，ンテナで受信して，受信感度の高さを市販の受電アンテナ(1)運動しても壊れない柔軟回路，(2)重量を軽くするためと比較試験を行う．

X 移動

２．実験方法
2.1

Y 移動イヤーの作製

照 射 光ビ ーム(a)

ラボ用マイクロ波オーブンを使った金属ナノワ

本研究で導入したラボ用マイクロ波オーブンを使うと，丸底フラスコに入れた反応溶液全体がマイクロ波を吸収し，内部から均一に加熱されるので，全体に反応条件が揃

図１

い，長さ・太さのそろった極細金属ナノワイヤーが作製で増強光電界による光溶接(b)

局所光溶接による金属ナノワイヤーの相互接合. (a)光照射中、(b)照射後. 本数を減らし、まばらに表示.

* 大阪電気通信大学

工学部電気電子工学科

図２ 屈曲状態の金属ナノワイヤー.ここでは大きな比表面を例示するため，多数のナノワイヤーからなるバンドルとして表示している.

教授- 97 -

(b)(a)

図３ (a)オイルバス中で周囲から加熱する方法と(b)マイクロ波により溶液内部から均一に加熱する方法の違い.

(a)

(b)

図４ (a) オイルバス加熱, (b)マイクロ波オーブン加熱で作製した銀ナノワイヤー. スケールバーは 5 µm.

きると期待できる．通例使用されるオイルバス加熱 15,16)と金ナノ粒子を生成させた後，成長方向を 1 次元方向に制御はこの点が大きく異なる（図３）．本研究で探求するマイする触媒 PVP 高分子 17-19)と硝酸銀を外部から注入してかクロ波周波数での高い導電性には，表皮効果の影響を受けら温度を 175℃に上げ，銀ナノワイヤーの生成を開始する．

ない，極細で長さもそろったナノワイヤーが適しているとこのため，他のマイクロ波処理の報告例とは違って密閉容期待される．1 GHz 程度のマイクロ波の波長は溶液中でも器の利用はできず，開放系システムを採用し，シリコンチ数 cm であり，これよりはるかに短い長さ 0.1 mm 以下のューブを使って予備加熱した硝酸銀と触媒 PVP 高分子を金属ナノワイヤー両端では，マイクロ波電磁波による電界外部から丸底フラスコ内に注入する装置を構成した．還元はほとんど同位相であり，金属ナノワイヤーは放電を起こ剤のエチレングリコールは吸湿性が高く，フラスコ内に湿さないと考えられる（長さ数 cm 以上の磁性金属線を入れ度が入り込まないよう，常にアルゴンガスを吹き込んだ．

ると，バチバチと放電して溶けてしまうが）．高い導電性

また，銀ナノワイヤーの生成に伴って溶液粘度が上昇するを要求されるので，本研究では金属中で最も導電性の高いので，圧縮空気で撹拌するマグネチックスターラーの回転銀を使って，銀ナノワイヤーを作製する．

速度も途中で上昇させる必要があり，常に外部から反応溶

2.2

局所光溶接の概要

液の撹拌状態をモニタする必要がある．これらの点を達成

局所光溶接の概念図を図１に示した．最大でも長さわず
か 0.1 mm の金属ナノワイヤーを，各１か所ずつ局所溶接できるよう，カスタム仕様のマイクロ波オーブン・システムを構築した．

して相互に接合，バンドル化することをめざす（図２）．

オイルバスで加熱した場合，容器の周囲からのみ加熱さ

この場合，どのナノワイヤーも両端が固定されている訳でれ内部溶液の温度が場所によって不均一になるため，1 次はないので，互いに滑り合い，位置ずれが可能となる（図元銀ナノワイヤーに成長しなかった銀ナノ粒子が多く観２）．従って，バンドル全体を曲げたときに互いにナノワ測され，銀ナノワイヤーの長さも不均等だった（図４(a)）．

イヤー位置がずれて，曲げの内側・外側の曲率半径の違い

マイクロ波オーブンで加熱した場合は，溶液の内部から一を吸収して破断しなくなり，屈曲耐性を示すと期待できる．

斉に加熱されるため，全溶液の温度が均一に上昇し，銀ナノ粒子の生成が極めて少なく，銀ナノワイヤーの長さも揃

３．実験結果および考察
3.1って，長さ 2 µm 以下の銀ナノワイヤーは観察されなかっラボ用マイクロ波オーブンを使った銀ナノワイた（図４(b)）．銀ナノワイヤーを長くして，少ない本数でヤーの作製も巨視的な導電性経路を高い確率で形成するには，銀ナノまず高温溶液処理によって銀ナノワイヤーを作製するワイヤー作製時の温度管理が重要だと判った．

際，従来法のオイルバス加熱 15,16)とマイクロ波オーブンで3.2 銀ナノワイヤー塗布配線の電気特性

反応液を均一加熱した場合の銀ナノワイヤー試料を電子塗布した銀ナノワイヤーの導電性を評価するため，プラ顕微鏡で比較した（図４）．マイクロ波オーブンで加熱しスチックシート上に長さ 2 cm の直線パターンを塗布した．

た方は，有意に細く，長さも長くなっている．また，銀ナ1 回の塗布で長さ 1 cm 当たり銀ナノワイヤー分散液の使ノ粒子の生成など副反応も大きく抑制され，銀ナノワイヤ用量は 0.4 µℓ であった．作製後 10 倍に濃縮した銀ナノワーが選択的に成長していることがわかる．マイクロ波オー

イヤー分散液を用意し，1～5 往復塗布した直線パターン

ブンの利用について多数の報告 11,12)が出されているが，温を 3 試料ずつ作製し（表１の縦３行に相当），各試料 3 か度を高くして反応時間を短くできる利点を活用する例が所，合計 9 か所の導電性を比較した（表１）．塗布回数を多い．これに反して Ostwald Ripening 機構 17-19)により銀重ねる毎に劇的に抵抗値が低下し導電性が向上している．

ナノワイヤーの伸長が最も促進されるのは 175℃付近の4 往復，5 往復塗布では，塗布された銀ナノワイヤーの「隙みであり，本研究では反応溶液の精密な温度管理が必要間」を，後から塗り重ねた銀ナノワイヤーが埋め，連続的である．また本研究の２段階溶液処理では，まず 140℃でな導電性経路が形成されるので，劇的に導電性が向上する- 98 -

表１

直線塗布 10 倍濃度銀ナノワイヤーの DC 抵抗 塗布回数依存性とアニーリング・紫外光照射の効果(空白は高抵抗のため測定不能.)
抵抗値(Ω)

塗布回数

アニーリング前
A-B

B-C

アニーリング後

A-C

A-B

B-C

光照射(10分)

A-C

A-B

85M
1往復

2往復

3往復

4往復

5往復

120M

19k
910

B-C

光照射(10+10分)

A-C

200M

200M

A-B
7.5k

189.1

B-C
33k

A-C
36.2k

769

270M

130M

270M

3.4M

8.7k

3.4M

4.6k

4.1k

8.5k

3.7k

3.8k

3.2M

3.5k

3.1M

370

110342

162.9

93.5

256.3

158.3

91.7

7.6k
250

219

1.0k

1.3k

50.6

130.3

181.5

46.5

93.7

163.1

46

114.3

159.7

38M

50M

74M

906

3.2k

3.9k

1.2k

1.6k

2.7k

1.1k

1.4k

2.5k

131

1.48k

1.26k

38.1

107.4

145.6

52.3

173

225.2

51

169.4

220.3

167.3

216.4

353.5

51.1

66.4

116.8

63277.7

170.7

413

75.7

62.1

137.5

60.6

61.8

32.2

38.9

120.4

31.7

22.8

64.8

40.6

19.5

64.5

40.8

14.1

63.4

24.4

66.9110.9

19.2

36.5

55.6

13.9

35.1

43.1

13.3

32.5

54.6

35.1

155.1

189.7

18

110.3

127.6

10.7

44.8

56.4

10.5

43.1

21.9

36.4

43.4

11.5

9.33

22.3

6.4

5.4

11.5

6.2

5.1

11.2

52.6

33

85

14.9

16.6

31.9

10.3

11.7

21.8

9.9

11.7

22

21.3

22.7

38.9

1913.2

33.5

12.7

9.6

21.6

12.6

9.1

2260.9と考えられる．同時に，試料による抵抗値のばらつきも塗ノワイヤーが折れてしまい，79%だけが最終的に交差部でり重ねるに従って大きく抑制され，揃ってくるのが分かる．

電気的接触を維持していると解釈できよう．この意味では

往復塗布回数を増やすことによって劇的に導電性が向上

79%と途中の 70%の差，9%は曲げている最中は交差が外れするが 4 往復以降では導電性向上が飽和してきているのて 70%に低下するが折れているわけではなく，平らに戻すで，5 往復塗布で十分と判断できる．各試料ごとに塗布のと交差が回復する可逆的な接触になっていると解釈でき不均一性が見られるが，30 分間アニーリングにより導電るだろう．このようにして，屈曲によって非可逆的に折れ性の不均一性はかなり解消される．さらに，10 分間紫外てしまう銀ナノワイヤー，常に導通している交差部，一時光照射すると試料間の導電性ばらつきが解消される．これ

的にはずれるが導電性が回復する可逆的な導通の 3 種類

は，銀ナノワイヤー交差部では銀ナノワイヤーが近接し，に分類できる．測定した他の２領域では，屈曲により交差隙間があってもそこに発生する紫外エバネッセント場のが外れる割合が高く，はらつきが観測された．

電界増強により熱的に銀ナノワイヤーどうしが「光溶接」

表の上半分，ポリイミドシートの場合は，屈曲中も元にされる効果が発揮されたと考えられる．こうして本研究の戻した後も常に導通を維持している交差部が 82%, 97%,主目的である「光溶接」の実現が確認できた．

98%とポリエステルシートの場合よりも優位に多い．

当初は，レーザを用いて紫外エバネッセント場を発生さ
表２ 銀ナノワイヤー配線を 90°屈曲時の導電性変化せる予定だったが，ビーム径 1 mm のレーザ光を直径数 cmに広げる光学系が完成できなかった．これはコロナ蔓延のポリイミドシート上影響で，大学内共同利用施設である３D 先端加工センターの工作機械利用が長期間事実上許可されなくなったためである．そこで代替措置として，光学顕微鏡の 70 W Xe ラ

導電性 屈曲前 90 屈曲 平に(相対[%]中[%] 戻すと値)[%]常に導通[%]ンプ（紫外光成分が多い）を取り外し，銀ナノワイヤーへの紫外光照射に使用し，実験を行った次第である．上記に可逆的 非可逆に的に導通 断裂[%][%]

領域 1100827782-523溶接」が実現できたので，研究目的は達成されたと考えて

領域 210097999721いる．

領域 310098999811

記したように，この Xe ランプでも銀ナノワイヤーの「光次に，銀ナノワイヤー配線を塗布したプラスチックシートを 90°に曲げた状態，および平らに戻した状態での導ポリエステルシート上電性を比較し，銀ナノワイヤー配線の屈曲耐性を検証した
結果を表２に示す．表の下半分，印刷塗布用に開発された

領域 1100707970921PET（ポリエステル）シートに塗布した場合を見てみよう．

領域 21003672363628

領域 3100293729863

領域 1 では，最初の導電性 100%（相対値）が屈曲後平らに戻しても 79%に低下したと言う事は差し引き 21%のナ- 99 -BA銅箔 RFID アンテナ
銀ナノワイヤー RFID アンテナ

C図５3D 加工機を改造した銀ナノワイヤー精密塗布装置

D

銅 箔 ア ン テ ナ 受信 波

銅 箔 ア ン テ ナ 受信 波

銀ナノワイヤーアンテ
ナ受信波形

銀 ナ ノ ワ イ ヤ ーア ン テナ

図７ 銀ナノワイヤーを塗布して作った RFID 用受信アンテナの受信性能試験

特性によって様々な形状のものが設計・開発されている．
銅箔をアンテナ線路に使った市販アンテナと比較して，素材としての銀ナノワイヤーの有利性を判断するためには，それらのアンテナ形状を正確に再現することが必須である．本研究で開発した 3D 加工機を改造した銀ナノワイヤ

図６ 銀ナノワイヤーを塗布して作った RFID 用受信アンテナ

ー精密塗布装置は，正確なアンテナ形状を再現するのに役立った．
図６が試作した銀ナノワイヤー・アンテナである．比較

この結果は以下のように解釈できるだろう．つまり，印のため，0.3 mm 厚のガラスエポキシ基板の表面銅箔（16刷塗布用に開発されたポリエステルシートは，銀ナノワイµm 厚）を PCB 基板加工機で切削加工した銅箔シートアンヤーが強く吸着するようデザインされている．従って，曲テナも試作して両者のアンテナ受信特性を周波数 920 MHzげると却って銀ナノワイヤーが折れやすい．他方，疎水性で比較した（図７A）．厚さとしてはより薄く，金属量の少のポリイミドシートの場合には，屈曲時に一時的にシートない銀ナノワイヤー・アンテナの方が振幅の大きな波形がから銀ナノワイヤーがはがれ，銀ナノワイヤーどうしの交受信されており，金属量がより少なくても銀ナノワイヤ叉がはずれて導電性がやや低下するが，銀ナノワイヤーはー・アンテナの方が受信感度が高いことがわかる．これは折れていないので，平らに戻すと交叉が復活して，導電性断面が長方形（幅 1 mm 厚さ 16 µm）のバルク銅配線よが回復する，可逆的な導電性を示すのだろう．機械分野でりも，多数の銀ナノワイヤーを積層させた銀ナノワイヤは塑性変形・弾性変形という概念はポピュラーだが，脆弱ー・ネットワークの方が比表面積が大きく，表皮効果にでなく「回復力をもつ電気材料」というのは電気分野ではより配線の表面しか電流が流れない影響を銀ナノワイヤ新しい概念ではなかろうか．この試験に基づき，吸着力がー・ネットワークは受けない利点を証明している．ちな

弱めのプラスチックシートを基板に使うことにより，電気みに 920 MHz の高周波では銀，銅とも表面から約 2 µm的な屈曲耐性が実現できると期待できる．

（表皮，Skin Depth）までで電磁波の電界振幅は 1 / e とな

3.3

 f  で与えられ， f は高周波の3D 加工機を使った精密印刷技術による銀ナノワる．Skin Depth は 1 /イヤー・シートアンテナの作製 20,21)

周波数， ， はその周波数での金属の導電率と透磁率．

市販のシートアンテナの形を模して，正確な形状で銀ナ

従って，厚さ 16 µm のバルク銅配線では断面積のほとんノワイヤー分散液を塗布できるよう，3D 加工機の改造をどで電磁界が 0 となり，ごく表面の表層 2 µm でのみ電流行った（図５）．エンドミルを固定する部分に金属ノズルが流れるのに対し，太さ約 0.1 µm の銀ナノワイヤーではを固定し，シリンジポンプからテフロンチューブ経由で一全断面積に有効に電流が流れることになる．つまり銀ナノ定流量で送り，プラスチックシート上にシートアンテナ形ワイヤーの比表面の大きさが，高周波 UHF 帯での高いアン状に銀ナノワイヤー分散液を塗布した．市販のマイクロ波テナ感度をもたらすことが証明された．微細金属線の集合

UHF 帯シートアンテナは，利用する周波数・希望する指向体が本質的な利点となったと言える．

- 100 -

４．その後の展開
4.1 銀ナノワイヤー・シートアンテナを使ったワイヤレス給電の実現可能性 20,21)
図７で利用したアンテナ形状は，元々ワイヤレス給電可能な RFID タグ 10,13,14）である．RFID タグは商品に取付けてそれがどの商品か区別するための標章である．商品情報を記録した専用 IC が配置されており，RFID アンテナを介して，読取り装置（リーダ）と UHF 帯電波を交信して情報交換する仕組みとなっている．薄型軽量の標章とするため，電池を内蔵せず代わりにワイヤレス給電を使ってリーダから届く電波を電力として動作するパッシブ方式が広がっている．本研究では，この点を活用するため，IC を取り外した RFID タグのアンテナを真似て，銀ナノワイヤー・

図８ 2.4GHz RFID 送信機からの電波を(a)銀ナノワイ
ヤー・シートアンテナ、および(b)銅箔アンテナで受信した波形シートアンテナを制作した次第である（図６）．
電気回路としての詳細を次に述べる 10,13,14）．本来は線対称なダイポールアンテナ（平衡回路，Balanced circuit）であるが，これをグランドを持つ非平衡回路（Unbalancedcircuit）に変換するループ構造（バラン 10），Balun）を介流の腕時計型センサデバイスは皮膚への密着性が低く，特して SMA コネクタに接続される．この接続点には元々２端に身体運動している最中に間断なくデータ計測するには子のベアチップ極小 RFID IC が並列接続されている．入力不向きであろう．健康増進のため身体運動を習慣とする人される電波信号をこの IC 内で平滑化して，IC 電源となるが増えている中で，運動負荷を適正レベルに維持するため直流電圧を作り出し，IC を動作させる．IC は変調されたには，本研究で提案する密着性の高い皮膚貼付け型センサ

入力電波をデコードしてコマンドとして解釈し，要求されデバイスにワイヤレス給電＋データ通信機能を搭載して，ている情報を IC 内蔵のメモリから読み出した後，この情データをリアルタイムにスマートホン上に表示可能にす

報を高周波変調信号としてアンテナから送り返す．我々はることは大きな進歩となるだろう．同時にセンサデバイス

この IC を取り外しランドに変更して SMA コネクタを取付に電源電池が不要となり，デバイスの屈曲耐性が保証され，け，作製したアンテナを広帯域 6 GHz のオシロスコープ一層の軽量化も実現する．
4.3 皮膚貼付けセンサ回路への応用に向けてに接続して受信特性を評価した．これが図７である．
1 m 以上の距離でも商品情報をやり取りできる規格と銀ナノワイヤー・シートアンテナを使ったワイヤレス給して採用されている UHF 帯 920 MHz の基本波が精度よく電が実現すれば，現在主流の腕時計型ウェアラブルデバイ受信できる（図７B）だけでなく，RFID リーダからのワイスと異なり，（１）電源電池を廃し，軽量かつ柔軟なシーヤレス給電開始に合わせて受信電波が立上がり（図７C），ト型センサデバイスが実現し，（２）皮膚密着型の高感度充電完了後の RFID コマンド（RFID 番号の問合せコマンド

な生体計測が連続的かつリアルタイムに可能となる．またなど）で変調された電波も正しく受信できている（図７D）

Wi-Fi 周波数 2.4 GHz でのワイヤレス給電が成功すれば，センサデバイスへの給電だけでなく，センサデータをユーことを示唆している．
4.2 Wi-Fi 2.4 GHz 帯での銀ナノワイヤー・アンテナ

ザスマートホンへ転送してリアルタイムにグラフ表示する機能 4)なども実装可能となろう．UFF 帯での高い送受信のワイヤレス受電テスト 20,21)
試作したこの銀ナノワイヤー・シートアンテナは，やや感度を維持するためには波長で決まるシートアンテナの受信感度が下がるもののスマートホンの Wi-Fi で使われサイズは 5～10 cm 程度とならざるを得ず，一般に開発さている 2.4 GHz 帯電波も近距離であれば受信可能である

れているセンサ回路はこれより小さく，シートアンテナとことが，2.4 GHz 帯 Active RFID リーダとの交信により一緒に搭載してウェアラブルデバイス 5,6）とすることに大実証された（図８）．しばらく一定振幅の電波が続いた（図きな問題はないだろう．

８(a)，(b)の上半分）後，600 kHz で変調された 2.4 GHz

通常の銅箔を切削加工（あるいはエッチング処理）して帯電波が受信された（図８(a)，(b)の下半分）．アンテナ

配線パターンを作製する手法では１枚のシートアンテナ形状を工夫すれば，ワイヤレス給電と同時に，スマートホを削り出すにも，30 分以上の時間を要する．本研究で開ンとの交信によりデータをスマートホンに送り，スマート発したカスタム・マテリアルプリンターを使って銀ナノワ

ホン上のアプリに表示させることも可能であることが示

イヤー分散コロイド液をプラスチックシート上に印刷塗唆される．今後皮膚貼付けセンサ回路への展開において，布してアンテナを形成する手法は現状でも 5 分程度で終センサ出力をスマートホン上に数値やグラフ表示してリわる．インクジェットプリンタの技術を採り入れれば 30

アルタイムに管理できることは大きな前進である．現在主秒に短縮することは可能であろう．

- 101 -

不要な銅箔を削り取る（あるいは溶かし去る）のではな

ヤレス受電にも成功したので，センサデータをユーザスマ

く，必要量の銀ナノワイヤーだけを使用して配線パターンートホンへ転送してリアルタイムにグラフ表示する機能を形成することは，資源の有効利用という観点からもエコ4)なども実装可能となろう．

ロジカルで意義がある．さらに配線パターンは隙間を残し謝た銀ナノワイヤーの重なり（ネットワーク構造 15,16），
図１）

辞から構成されているので，ぎっしり金属で埋め尽くされて本研究は，公益財団法人天田財団からの 2019 年度一般いる通常の配線パターンと比べてさらに金属の使用量が研究助成により実施した研究に基づいていることを付記

少なくなっている．表皮効果により配線表面しか電流が流するとともに，同財団に感謝いたします．

れない高周波用配線としては，このような銀ナノワイヤ

参考文献

ー・ネットワーク構造が有利である．
また，銀ナノワイヤー・ネットワーク構造では交差点で

1)

Z Q. Li (Ed.), “Anisotropic Nanomaterials:

銀ナノワイヤーが相互に交差角度が変わりうる「柔軟性」

Preparation,が期待される．その結果，銀ナノワイヤー・ネットワーク

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構造は「曲げ」に対して原理的に柔軟となり 17），バルクの2)

Properties,andApplications”,

A. Zhang, G. Zheng and C. M. Lieber (Eds.),“Nanowires: Building Blocks for Nanoscience and

板状構造である通常銅箔よりも「曲げられる」回路実現にNanotechnology”, Springer, Switzerland, (2016).

適していると考えられる．
今後，本研究で開発した光溶接技術を活用して，高く，

3)

E. C. Garnett, W. Cai1, J. J. Cha, F. Mahmood,

安定した導電性を示す銀ナノワイヤー堆積配線をマイク

S. T. Connor,M. G. Christoforo, Y. Cui, M. D.

ロ波通信に活用して行きたい．5G から 6G へと，ワイヤレ

McGehee and M. L. Brongersma, “Self-limited

ス無線技術への期待は高まっており，小電力デバイス用途

plasmonic welding of silver nanowire junctions”,

でも小型シートアンテナを印刷技術で製造することは価Nat. Mat., 241–249 (2012), 11.
4)

値があろう．

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５．結び5)

C. Harito, L. Utari, B. R. Putra, B. Yuliarto,
S. Purwanto, S. Z. J. Zaidi, D. V. Bavykin, F.

本研究で導入したラボ用マイクロ波オーブンは大きな

Marken,して太さ・長さともそろい，スマートフォンの Wi-Fi で使Development of Wearable Polymer-Based Sensors:

用される 2.4 GHz マイクロ波周波数まで高い導電性を示

Perspectives”,

した．マイクロ波周波数での長距離ワイヤレス給電応用を(2020), 037566, 167.

めざして，３D 加工機を使って塗布・制作した銀ナノワイ

6)

andF.

C.

J.

Walsh,“Review—The

効果があり，作製された銀ナノワイヤーは，従来法と比較

Electrochem.

Soc.,

1-14

M. Chung, G. Fortunato and N. Radacsi, “Wearable

ヤー・シートアンテナは市販品の銅箔受電アンテナよりもFlexible

高い受信性能を示し，銀ナノワイヤー・シートアンテナがMonitoring: a Review”,J. R. Soc. Interface, 1-ワイヤレス給電素子としての実用性をもつことが実証さ

15 (2019), 20190217, 16.

れた．マイクロ波周波数での高い導電性には，
（１）比較

7)
8)
9)

HealthCare

高橋 俊輔,“ワイヤレス給電技術者育成のための基松木 英敏、高橋 俊輔,“ワイヤレス給電技術がわか篠原真毅, 小柴公也,“ワイヤレス給電技術 -電磁誘
導・共鳴送電からマイクロ波送電まで-” 科学情報出る熱的な「溶接」が交叉点での接触電気抵抗を大幅に下げ版, (2013).

ること，の両者が有効であることが証明された．これら２つの機械加工的な着想をナノテクノロジーに導入したこ

forる本”, オーム社, (2011).

で開発した「局所光溶接」により，ミクロな銀ナノワイヤー交叉点でのみエバネッセント場増強される，光電界によSensors

礎知識”, イルカカレッジ, (2012).

的低濃度の銀ナノワイヤー分散液を高速塗布することにより凝集体の生成を抑制すること，（２）塗布後，本研究Sweat10) J.P. Curty, M. Declercq, C. Dehollain and N.
Joehl, “Design and Optimization of Passive UHFとが，本研究に成果をもたらしたといえよう．

RFID Systems”, Springer, (2007).

皮膚貼付け型センサ回路への応用としては，高周波表皮効果の影響を受けない大表面比の銀ナノワイヤーを積層

11) 柳田 祥三,松村 竹子, “化学を変えるマイクロ波熱した銀ナノワイヤー・ネットワーク構造をアンテナ線路に触媒” ,ケイ・ディー・ネオブック,化学同人 (2004).

使用した点が画期的である．この工夫がワイヤレス給電に

12) 財産法人産業創造研究所マイクロ波応用技術研究会

つながり，現在主流の腕時計型デバイスと異なり，（１）編, “初歩から学ぶマイクロ波応用技術”, 工業調査会 (2004).

電源電池を廃して軽量かつ柔軟なシート型センサデバイ
スが実現，（２）皮膚密着型の高感度な生体計測が連続か

13) K. Finkenzeller, “RFID Handbook: Fundamentals

つリアルタイムに可能となる．周波数 2.4 GHz でのワイand Applications in Contactless Smart Cards,- 102 -and flexibility”, Phys. Status Solidi B, 1-5

Radio Frequency Identification and Near-Field(2017), 1600717, 254.

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