生体情報モニタリングのためのウェアラブル伸縮性有機フォトディテクタ

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大面積伸縮性回路実現のために、配線材料として用いる印刷可能な伸縮性導体の改良を行った。様々な検討の結果、伸長前の導電率が6500 S cm-1、400%(元の長さの5倍)伸長しても1000 S cm-1もの高い導電率を持つ伸縮性導体の開発に成功した。100%以上伸長したときの導電率は、印刷形成できる材料としては世界最高の導電率である。本研究成果はNature Materials誌に受理された。開発された伸縮性導体は、銀フレーク・フッ素ゴム・フッ素界面活性剤を混合して作製される。伸長してもなぜこのように高い導電率を実現できるのかを調査するために、走査型電子顕微鏡(SEM)および透過型電子顕微鏡(TEM)によって印刷された伸縮性導体の観察を行った。その結果、コンポジット材料中に均一に分散された銀フレークが、フッ素ゴム中に溶けだして約8 nmの大きさの銀ナノ粒子として再析出することが分かった。このように銀フレークから銀ナノ粒子をin situ合成する現象は世界初の発見である。さらに、フッ素ゴムの分子量や界面活性剤の化学構造による銀ナノ粒子のサイズ・密度の制御や、材料を伸長すると伸長に従って銀ナノ粒子が配列する現象の観察に成功した。さらに、作製した伸縮性導体を用いて伸縮性圧力・温度センサを作製した。作製されたセンサは250%伸長しても正確に圧力・温度をセンシングできることが示された。センサは熱可塑性ポリウレタン基材上に全て印刷プロセスで作製され、テキスタイルのような柔らかい基材上にも容易に熱圧着できる。本研究では、伸縮性導体の高性能化とその原理解明まで成功し、その大面積伸縮性センサ応用の可能性まで示すことに成功した。