2014/11/27 A-STEP発 新技術説明会 紙抄きでつくる フレキシブルペーパー電子デバイス 大阪大学 産業科学研究所 セルロースナノファイバー材料分野 特任助教 古賀 大尚 1 フレキシブルエレクトロニクス Flexible electronics 次世代電子デバイスのキーワードは「フレキシブル」 基板はガラスから「プラスチック」へ 2 ナノセルロースでつくる透明な紙 Transparent paper made from nanocellulose 樹木 パルプ(通常の紙の原料) 幅 数10 μm 1.5kV ×250 0.3 wt%, 40 mL 吸引濾過 20 min 100 μm ホットプレス 110°C, 1 MPa, 20 min 機械処理 従来の白い紙 セルロースナノファイバー 幅 4-15 nm!! 次世代の透明な紙 密度: 1.42 g/cm3 厚さ: 20 μm 光透過率: 85%@550 nm 熱膨張率: 8 ppm/K 3 透明な紙を用いるペーパーエレクトロニクス Transparent paper electronics M. Nogi et al., Appl. Phys. Lett., 102, 181911 (2013) 薄い・軽い・柔軟 安い・植物100% + 透明 4 新技術① フレキシブル透明導電紙 Flexible, transparent and conductive paper Koga H., et al., NPG Asia Mater., 6, e93 (2014) 「透明な紙」をフレキシブル透明基板として 「抄紙技術」を導電ナノ材料の均一塗布技術として応用 AgNW:銀ナノワイヤ CNT:カーボンナノチューブ 5 抄紙プロセスによる透明導電紙の調製 Preparation of transparent conductive paper by a papermaking process ①透明な紙 ②導電ネットワーク の順に2段階濾過 銀ナノワイヤ (AgNW)水懸濁液 カーボンナノチューブ (CNT)水懸濁液 or セルロースナノファイバー水懸濁液 （0.35 wt%, 40 mL） 吸引濾過 吸引濾過 20 min 20 min 6 抄紙プロセスによる透明導電紙の調製 Preparation of transparent conductive paper by a papermaking process 圧搾乾燥 1 MPa 110°C 20 min ■ AgNW or CNTをロスなく透明な紙基板上に担持 ■ 透明紙基板とAgNW or CNT導電層をone-potで調製 7 透明導電紙 Transparent conductive paper CNT透明導電紙 透明な紙 AgNW透明導電紙 8 光透過率（透明性） vs シート抵抗（導電性） Optical transmittance vs Sheet resistance ※基板をリファレンスにしてAgNWネットワークのみを議論 100 at λ = 550 nm Transmittance (%) AgNW 90 80 Nanopaper Filtration Bar coat Spin coat PET film Drop coat Bar coat Spin coat 70 60 50 40 100 101 102 10 Ω/□比較で 光透過率が約20%高い ■ クリアなディスプレイ ■ 低消費電力 103 Sheet resistance (Ω sq-1) 濾過塗布（抄紙）法により従来法を大きく上回る透明導電性を達成 9 光透過率（透明性） vs シート抵抗（導電性） Optical transmittance vs Sheet resistance ※基板をリファレンスにしてCNTネットワークのみを議論 100 at λ = 550 nm Transmittance (%) CNT 90 80 70 60 Nanopaper Filtration 50 PET film Drop coat 40 102 103 104 Sheet resistance (Ω sq-1) 濾過塗布（抄紙）法により従来法を大きく上回る透明導電性を達成 10 推定機構 AgNW networks on a PET film Putative mechanism 【従来塗布法】 10 μm 900 Ω/□@87%T 基板上での滞留や蒸発といった溶媒の挙動に影響を受け 導電ネットワークが偏在・不均一化 11 推定機構 AgNW network on a transparent paper Putative mechanism 【濾過塗布（抄紙）法】 10 μm 抵抗値75分の1!! 12 Ω/□@88%T 多孔質な紙基板の垂直方向に濾過脱水・均質な導電ネットワークを形成 12 導電ナノ材料の透明な紙基板への密着性 Adhesion property of conductive nanomaterials on a transparent paper AgNW network on a PET film AgNW network on a transparent paper 1 μm 1 μm 銀ナノワイヤが透明な紙表面に埋め込まれている 13 導電ナノ材料の透明な紙基板への密着性 Adhesion property of conductive nanomaterials on a transparent paper CNT@ nanopaper 5 AgNW@ PET film CNT@ PET film AgNW@nanopaper Relative resistance AgNW@ nanopaper AgNW@PET film 4 CNT@nanopaper CNT@PET film 3 2 テープ剥離しない! 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Peeling test cycle 透明な紙基板上の導電材料は高い密着性を示す 14 透明導電紙のフレキシビリティ Flexibility of transparent conductive paper 折り畳んでもOK ! 素手で掴んでもOK ! AgNW@nanopaper CNT@nanopaper ペーパークラフトも可能！ 15 電子ペーパー応用 e-paper PEDOT/PSS ＋ 2V － 0V 電気に応答して可逆的に色変化 紙からつくられた真の電子ペーパー 16 電子ペーパー応用 e-paper 倍速 電子ブックも紙でつくる！ 17 新技術② 蓄電紙 Energy-storage paper GO:酸化グラフェン 還元型GO/パルプ紙(電極) 岡山大 仁科准教授提供 http://nisina-materials.com/company/ 紙(セパレータ) 接着・一体化 還元型GO/パルプ紙(電極) アピールポイント ・軽量, 柔軟, 大容量 ・Roll-to-Roll製造可能 ・紙と鉛筆から調製可能 ・All-paper蓄電デバイス Potential (V) 1.0 Current density: 0.5 A/g 0.8 300 F/g 0.6 活性炭電極の約10倍!! 0.4 0.2 充放電曲線 0.0 0 200 400 600 800 1000 1200 Time (s) 18 新技術③ デジタル情報を記憶する紙 Ultra flexible non-volatile paper memory (ReRAM) ※上・下電極間にはさんだ紙内部における可逆的な Ag導電パスの形成と解消をデジタル情報記録に利用 [0] [1] 紙 先端レベルのメモリ機能 ON/OFF比 106以上 0.5 V以下の低電圧駆動 曲率半径0.3 mmまで折り曲げ可 文字ではなく電気で記録する紙へ：パラダイムシフト フレキシブル!! Nagashima K., Koga H., et al., Sci. Rep., 4, 5532 (2014) 19 実用化に向けた課題 •透明導電膜、蓄電デバイス、メモリなど、 各部品のインテグレーション •デバイス試作と動作デモンストレーション 20 企業への期待 •新しい製紙産業の開拓 → 製紙関連企業 •先端電子機器への応用 → 製造関連企業 21 本技術に関する知的財産権 •発明の名称： •出願番号： 導電性繊維の製造方法、シート状電極の 製造方法、導電性繊維、及びシート状電極 特願2014-106142 •出願人： 大阪大学、岡山大学 •発明者： 古賀大尚、菅沼克昭、能木雅也、外村英嗣、 仁科勇太 22 お問い合わせ先 大阪大学 産学連携本部 総合企画推進部 TEL 06－6879－4206 FAX 06－6879－4206 e-mail [email protected] 23
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![カーボンナノチューブ（CNT）の革新的な分離・精製技術 [ PDF：1.2MB ]](http://s3.expydoc.com/store/data/007149369_1-b337f1eb6f6cb6381257816011e7bf9a-250x500.png)
