高性能フレキシブルガスセンサー応用へ向けた酸化銅ナノ構造体の形態制御

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本研究では、①溶液成膜法の１種であるスピンスプレー法を用いてのCuOナノ構造体の低温成膜およびその構造制御と②フレキシブル基板上へ成膜したCuOナノ構造体を用いての高性能フレキシブルガスセンサの作製の２点を目指す。まず①についてであるが、スピンスプレー法によるCuO膜の作製において、前駆体溶液のｐHや添加物によってCuO膜の構造が大きく変化することが判明した。本研究では、前駆体溶液に加える添加剤としてアンモニア,エチレンジアミン(EDA),クエン酸の３種類を用意し、その大きさや官能基、錯安定度などの観点からCuO結晶成長メカニズムについて詳細に調査した。アミノ基を持つEDAを用いた場合、試料はナノシートアレイ構造となり、一方ヒドロキシ基を持つクエン酸を用いた場合、ナノシートが凝集した緻密膜となった。このような構造の変化は添加剤が持つ官能基の極性が大きく影響しており、極性が大きいヒドロキシ基はCuOナノシートの凝集を促進させ、逆に比較的極性が小さいアミノ基は凝集を阻害することが分かった。以上より、スピンスプレー法を用いて添加剤を調整することでCuO膜のナノスケールでの構造制御が可能であることが示された。また②ついてであるが、スピンスプレー法を用いてフレキシブルPET基板上に様々な形状のCuOナノ構造体を密着性良く堆積させることに成功した。作製したCuOナノ構造体の湿度変化に対する応答性を評価したところ、CuOナノシートが凝集した緻密膜は湿度に対して全く応答しなかった。一方ナノシートアレイ構造を持ったCuO膜は湿度に対して高い感度で応答し、湿度センサとして応用可能であることが判明した。加えてCuOナノシートアレイ構造体は１０００回の曲げ試験後でも安定して湿度をセンシングでき、高い曲げ耐久性を持っており、フレキシブルガスセンサとして有望な材料構造であることが示された。