二次元材料によるプリンテッド・アンビエントエレクトロニクスの実現

使用二维材料实现印刷环境电子产品

• 批准号: 14J07485
• 负责人: 蒲 江
• 金额: $ 2.05万
• 依托单位: Waseda University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J07485/
• 关键词: 二次元材料; 遷移金属ダイカルコゲナイド; 電解質; 熱電変換; 光電変換; 発光素子; フレキシブルエレクトロニクス; 電気二重層; 論理回路; トランジスタ; 二次元ナノ材料; 合成技術; ドーピング技術

本研究の目的は二次元材料を用いた柔軟な論理回路の実現であり、材料及びデバイス両面を相補的に理解することによって、最終的には世界初の印刷型アンビエントエレクトロニクスを実現する。これまでの研究において、新奇二次元材料である遷移金属ダイカルコゲナイド(TMDC)単層膜の大面積合成技術と、印刷可能な電解質を用いた素子作製技術を構築することで、従来のプリンテッド材料やフレキシブル材料を凌駕する高性能かつ高柔軟性・高伸縮性を有する論理回路素子を実現した。しかしながら、これらフレキシブルな駆動回路を実装するための大きな課題として電源技術が挙げられる。そこで、本年度はこれまで培った材料・素子技術を活かし、フレキシブル素子の電源技術を構築するために、TMDC材料において熱電変換及び光電変換素子の実現に取り組んだ。まず、TMDC材料では世界に先駆けて大面積な熱電変換素子作製に成功した。特に、材料の二次元化に伴う物性効果を活かすことで、本材料における熱電変換性能向上の指針を実験と理論計算両面から見出した。次に、TMDC単層膜と電解質を組み合わせ、非常に簡易な構造と簡便なプロセスにより、任意の基板上に受光及び発光素子を作製する手法を考案した。本手法を様々なTMDC材料に適用し、本材料では世界で初めて大面積単層膜を用いた発光素子を実現した。さらに、駆動原理を明らかにすることで最終的には、本研究で確立した手法はTMDC材料のみならず、新奇半導体材料において普遍的に受光及び発光機能を実現可能であり、フレキシブル材料を用いた光電変換素子作製のマイルストーンを築いた。

这项研究的目的是利用二维材料实现柔性逻辑电路，通过以互补的方式理解材料和器件，我们最终将实现世界上第一个印刷环境电子产品。在迄今为止的研究中，我们开发了一种新型二维材料过渡金属二硫属化物（TMDC）单层薄膜的大面积合成技术，以及使用可印刷电解质的器件制造技术，我们已经实现了逻辑电路。具有超越传统柔性材料的高性能、柔韧性和拉伸性的元件。然而，电源技术是实现这些灵活驱动电路的一个主要问题。因此，今年我们致力于利用TMDC材料实现热电转换和光电转换元件，利用我们迄今为止积累的材料和元件技术，构建柔性元件的电源技术。首先，我们在世界上首次使用TMDC材料成功制造了大面积热电转换元件。特别是，通过利用与材料二维化相关的物理性能效应，我们通过实验和理论计算找到了提高该材料热电转换性能的指导方针。接下来，我们设计了一种通过结合TMDC单层薄膜和电解质在任何基板上制造光接收和发光器件的方法，使用非常简单的结构和简单的工艺。通过将该方法应用于各种TMDC材料，我们实现了世界上第一个使用该材料的大面积单层薄膜的发光器件。此外，通过阐明驱动原理，本研究建立的方法不仅可以在TMDC材料中普遍实现光接收和发射功能，而且可以在新型半导体材料中实现光电转换元件生产的里程碑。

项目成果

A Versatile and Simple Approach to Generate Light Emission in Semiconductors Mediated by Electric Double Layers

• DOI: 10.1002/adma.201606918
• 发表时间: 2017-04
• 期刊: Advanced Materials
• 影响因子: 29.4
• 作者: J. Pu;T. Fujimoto;Yuki Ohasi;S. Kimura;Chang-Hsiao Chen;Lain‐Jong Li;T. Sakanoue;T. Takenobu

Photocurrent Spectroscopy in monolayer WSe2 p-n junction

单层 WSe2 p-n 结的光电流光谱

• 发表时间: 2015
• 作者: Shota Kimura;Daichi Kozawa;Taiyo Fujimoto;Yoshifumi Wada;Jiang Pu;Keiichiro Matsuki;Lain-Jong Li;Taishi Takenobu
• 通讯作者: Taishi Takenobu

大面積WSe2薄膜を用いたFlexible logic circuits

使用大面积WSe2薄膜的柔性逻辑电路

• 发表时间: 2014
• 作者: 舟橋一真;蒲江;Lain-Jong Li;岩佐義宏;竹延大志
• 通讯作者: 竹延大志

Insulator-to-Metal transition in polycrystalline MoS2 films induced by electric double layer gating

双电层门控引起的多晶MoS2薄膜中的绝缘体到金属的转变

• 发表时间: 2016
• 作者: Yusuke Edagawa;Jiang Pu;Takuya Osakabe;Lain-Jong Li;Hiroshi Ito;Taishi Takenobu
• 通讯作者: Taishi Takenobu

Flexible and Stretchable Thin-film Transistors and Inverters

柔性可拉伸薄膜晶体管和逆变器

• 发表时间: 2015
• 作者: Jiang Pu;Kazuma Funahashi;Lain-Jong Li;and Taishi Takenobu
• 通讯作者: and Taishi Takenobu