【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.25】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24NI5501
利用課題名 / Title
グラフェンと水分子間の相互作用を利用したエネルギー創成
利用した実施機関 / Support Institute
名古屋工業大学 / Nagoya Tech.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion（副 / Sub）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed
キーワード / Keywords
高品質プロセス材料/技術/ High quality process materials/technique,環境発電/ Energy Harvesting
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
岡田 健
所属名 / Affiliation
東北大学 大学院工学研究科 電子工学専攻
共同利用者氏名 / Names of Collaborators Excluding Supporters in the Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Supporters in the Hub and Spoke Institutes
本田 光裕
利用形態 / Support Type
（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）,機器利用/Equipment Utilization
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
グラフェン膜を内壁にもつ微小流路を用いた固液界面におけるエネルギーハーベスティング応用を目指し、大面積転写と熱・電気伝導を制御した機能化プロセス開発を行い発電デバイスとしての評価等を行う。またグラフェンを合成しラマン分光によって結晶性評価を行う。
実験 / Experimental
2つの試験を行った。試験A：ポリマー犠牲層膜を用いてグラフェン・カーボンナノチューブ合成装置（NI-106）により銅箔上に合成したグラフェン膜をシリコン基板に転写し原子力間顕微鏡によって評価する。 試験B：マイクロ流路内へのアッセンブリを行う。このときのグラフェンの状態をラマン分光によって評価する。
結果と考察 / Results and Discussion
試験A：グラフェン膜の大面積転写を行いその表面状態を原子間力顕微鏡で観察した。転写直後は表面に残渣が確認でされデバイス化には適さないことが分かった。そこでアルゴン-水素混合ガス雰囲気中において300℃のアニール処理を行った結果、非常に清浄なグラフェン膜表面を得ることができた。試験B：アニール処理によって清浄な表面を持つグラフェン膜をガラス製マイクロ流路内へのアッセンブリを行った。幅3400マイクロメートル、厚さ300マイクロメートルの流路底部にグラフェンがアッセンブリされ、専用のアクセスポートを通して水流と接触しない位置に電極が設置されている。また、脈動の少ないシリンジポンプの吸引によって水流を発生させることができる。このときに転写したグラフェンのラマンスペクトルでは特徴的な鋭い2本のバンドはGバンド（～1600 cm-1）と2Dバンド（～2700 cm-1）であり、これらの比（G/2D）が1以下であること、および2Dバンドが単一のローレンツ関数でフィッティングできることから単層グラフェンであることが確認された。一方、欠陥や表面のコンタミを由来するDバンド（1350 cm-1）強度は極めて低く清浄な表面を持つグラフェンが転写されたことがスペクトル解析からも明らかになった。さらに転写グラフェンを用いて流れによる起電力測定を行った。流路内に設置するグラフェンの位置を変化させ起電力との相関を検証した結果、発生する起電力の大きさと安定性は流路内の位置によって大きく異なることが明らかになった。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
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Hikaru Takeda, Investigating the correlation between flow dynamics and flow-induced voltage generation, Applied Physics Letters, 125, (2024).
DOI: 10.1063/5.0230115
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：1件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件