【研究】東大、高性能の導電ゴムを開発 - 内部での銀ナノ粒子自然形成現象を発見

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小林行雄　[2017/05/16]
東京大学(東大)は5月16日、印刷できる伸縮性の配線で、元の長さの5倍の長さに伸ばしても世界最高クラスの導電率(935S/cm)を達成したことを発表した。

同成果は、同大大学院工学系研究科の松久直司博士と同染谷隆夫教授、理化学研究所創発物性科学研究センターの橋爪大輔ユニットリーダー、
同井ノ上大嗣技師らによるもの。詳細は5月15日付け(英国時間)に英国科学誌「Nature Materials」のオンライン速報版に掲載された。

近年のウェアラブルデバイスの実用化に伴い、身体に接触する電子デバイスは、伸び縮みし、人間の運動を阻害しない柔らかい素材上にセンサを形成することが可能な
伸縮性エレクトロニクスの発展が求められている。染谷教授の研究チームも、2008年に導電率57S/cm、伸張率40%の伸縮性導体を発表して以降、開発を継続してきており、
2015年には導電率182S/cm、伸張率215%を実現したほか、筋電センサと有機トランジスタで作成したアンプを組み合わせることで、筋電信号を18倍に増幅できることを
確認していた。今回の研究成果は、さらなる実用化に向けた性能向上のための取り組みによるもので、伸張率400%の際の導電率935S/cmを実現した(伸張前は4972S/cm)。

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想像外の発見から、伸縮性エレクトロニクスの未来を創出

具体的に今回の導電性ゴムを実現する伸縮性導体インクは、4種類の材料(「銀フレーク」「フッ素ゴム」「フッ素系界面活性剤」「有機溶媒」)で構成され、
これを配線として印刷、加熱乾燥させると完成となる。この手順は2015年の発表と同じである(材料は今回の研究に最適化を図ったものに変更)。
銀フレークが界面活性剤とフッ素ゴムの内部に散らばることから、2015年当時、染谷教授は、なぜ伸長率が200%を超えても高い導電率を維持できるかの
メカニズムについて、「塗布後の乾燥の際に、界面活性剤の作用により布地の表面に銀が析出し、銀同士の導電性ネットワークを自己形成することで、
導電性が向上したのではないか」と説明していたが、その後、松久氏が性能向上に向け、素材の配合条件を変更して研究を進めていたものの、
何度やっても上手くいく条件が見つからなかったという。そこで、今回の成果につながったのが、透過型電子顕微鏡(TEM)や走査型電子顕微鏡(SEM)を用いた観察の
専門家である理研の橋爪氏や井ノ上氏の存在となる。松久氏は、素材の様子を確認しようと橋爪氏らに相談。実際に作業と行った井ノ上氏は、当初、
銀フレークの様子を観察していたものの、対象の断面に銀イオンが多量に存在していることを確認(TEMは対象を観察前に切断するなどで、薄くする必要がある)
。真空中でビームを用いた切断した際にイオンが生じ、それが付着したものかと思っていたが、何度やっても似たような症状が生じ、作業手順がおかしいのか、と思い、
SEMでの測定に変更。一度、大気に被爆された状態となった測定対象物でも銀イオンが存在していることから、自身の作業ミスではないことを確信。松久氏とともに、
銀フレークがない領域の測定を行ったところ、そこに大量の銀ナノ粒子が生じていることを発見したという。

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圧力センサと伸縮性導体、LEDを統合した布製手袋の概要

（詳細はソースで）
http://news.mynavi.jp/news/2017/05/16/187/