レーザープロセスによるオールセルロース電子・流体デバイスの創出

SDGsへの意識の高まりから、持続生産可能なデバイス開発の重要性が増している。そこで本研究では、地球上で最も豊富かつ持続生産可能なバイオマス資源であるセルロースベースのデバイス開発に取り組む。すなわち、研究代表者者が有する「セルロース基材へのCO2レーザー照射による炭化および電気特性制御技術」と研究分担者が有する「セルロース基材へのマイクロ流路設計技術」を組み合わせることにより、オールセルロースベースの持続性電子・流体デバイスの創出を目指す。2022年度は、まず、TEMPO酸化セルロース基材へのCO2レーザー照射炭化、および、得られたレーザー炭化セルロースの化学構造・電気伝導性分析を行った。CO2レーザー照射条件によって、化学構造と電気伝導性を細かく制御できることを確認した。次に、ハニカム様の異方性マイクロ流路構造を持つTEMPO酸化セルロース基材を調製し、湿気発電デバイス素子としての性能を評価した。異方性マイクロ流路構造の異方的な水蒸気輸送特性、および、TEMPO酸化セルロースの陽イオン捕捉特性を利用し、流路構造内で陽イオンと陰イオンの濃度勾配を形成させることで、電圧差が生じ、発電できることが確認できた。また、元々のTEMPO酸化セルロース基材は水に対する耐久性が低く、水蒸気に晒すと異方性マイクロ流路構造が失われたが、アルミニウムイオン架橋処理を行うことによって、この問題を解決することができた。セルロースと水蒸気を用いて発電可能な持続性電子・流体デバイスとして、さらなる研究開発に期待が持たれる。得られた研究成果については、国内学会での発表を2件（いずれも口頭発表）行った。また現在、論文執筆中である。

SDGsへの意識の高まりから、持続生産可能なデバイス開発の重要性が増している。そこで本研究では、地球上で最も豊富かつ持続生産可能なバイオマス資源であるセルロースベースのデバイス開発に取り組む。すなわち、研究代表者者が有する「セルロース基材へのCO2レーザー照射による炭化および電気特性制御技術」と研究分担者が有する「セルロース基材へのマイクロ流路設計技術」を組み合わせることにより、オールセルロースベースの持続性電子・流体デバイスの創出を目指す。2022年度は、まず、TEMPO酸化セルロース基材へのCO2レーザー照射炭化、および、得られたレーザー炭化セルロースの化学構造・電気伝導性分析を行った。CO2レーザー照射条件によって、化学構造と電気伝導性を細かく制御できることを確認した。次に、ハニカム様の異方性マイクロ流路構造を持つTEMPO酸化セルロース基材を調製し、湿気発電デバイス素子としての性能を評価した。異方性マイクロ流路構造の異方的な水蒸気輸送特性、および、TEMPO酸化セルロースの陽イオン捕捉特性を利用し、流路構造内で陽イオンと陰イオンの濃度勾配を形成させることで、電圧差が生じ、発電できることが確認できた。また、元々のTEMPO酸化セルロース基材は水に対する耐久性が低く、水蒸気に晒すと異方性マイクロ流路構造が失われたが、アルミニウムイオン架橋処理を行うことによって、この問題を解決することができた。セルロースと水蒸気を用いて発電可能な持続性電子・流体デバイスとして、さらなる研究開発に期待が持たれる。得られた研究成果については、国内学会での発表を2件（いずれも口頭発表）行った。また現在、論文執筆中である。