Development of homogenous dielectrophoretic assembly method and its application to semiconducting carbon nanotube gas sensors

均相介电泳组装方法的发展及其在半导体碳纳米管气体传感器中的应用

• 批准号: 22K04185
• 负责人: 稲葉 優文
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04185/
• 关键词: 誘電泳動; 均質性; ナノダイヤモンド; 蛍光; ナノアイランド; ナノパターン; カーボンナノチューブ; ガスセンサ

ナノ・マイクロサイズの微粒子の操作は、高度なナノ構造の形成、ナノレベルでの反応場の形成、生体分子の観測・計測などの多岐にわたる領域で重要な基礎技術である。誘電泳動力は、誘電率の異なる溶媒と微粒子に不平等電界が印加されるとき、分極の偏りによってクーロン力が働くことにより発生する駆動力である。誘電泳動では、溶媒に分散・懸濁した微粒子を集積するため、希少・高価なサンプルにも適用しやすく、基板に容易に吸着しにくい半導体微粒子であっても電界の条件等を調整することで必要なときに必要な微粒子を選択的に、必要な量だけ集積させることができる。さらに、誘電泳動中のインピーダンスをモニタリングすることでリアルタイムに集積状況を知ることができるメリットがある。しかし、電界は電極のエッジに集中するため、誘電泳動力は電極エッジに集中して発生し、集積された微粒子による誘電泳動力によりそこを起点に集積が進行する。誘電泳動力をより均質に発生させることができれば、様々な微粒子をより均質に集積・操作しリアルタイムで評価するためのプラットフォームを構築可能である。本年度は誘電泳動場を広域に形成するために、ナノパターニングの一つとして短時間の蒸着によるナノアイランドを用いることを考え、これに溶媒中で電界を印加した際、ナノアイランド端部に小さい誘電泳動場が形成されることを、COMSOL Multiphysicsを用いた有限要素シミュレーションで確認した。さらに、実際に作製したナノアイランド上に、微小な粒子が集積するかを確認するため、蛍光ナノダイヤモンドの観察系を構築した。

纳米和微米尺寸颗粒的操控是许多领域的重要基础技术，包括先进纳米结构的形成、纳米级反应场的形成以及生物分子的观察和测量。介电泳力是当对具有不同介电常数的溶剂和颗粒施加不等的电场时，由于偏极化而由库仑力产生的驱动力。由于介电泳收集分散或悬浮在溶剂中的细小颗粒，因此很容易应用于稀有且昂贵的样品，甚至难以吸附到基板上的半导体细小颗粒也可以通过调整电场条件来容易地收集所需的细小颗粒。当需要时，可以选择性地累积所需数量的颗粒。此外，还具有通过监测介电泳期间的阻抗可以实时了解积累状态的优点。然而，由于电场集中在电极的边缘处，因此介电泳力集中在电极的边缘处，并且由于累积的细颗粒引起的介电泳力而从那里开始累积。如果能够更均匀地产生介电泳力，就有可能建立一个更均匀地收集和操纵各种微粒并实时评估它们的平台。今年，为了在大范围内形成介电泳场，我们考虑使用短时间气相沉积的纳米岛作为纳米图案的一种，当在溶剂中对其施加电场时，小使用 COMSOL Multiphysics 进行有限元模拟，证实了迁移场的形成。此外，为了确认微小颗粒是否会积聚在实际制造的纳米岛上，构建了荧光纳米金刚石观测系统。

项目成果

A proposal to measure diamond particle conductance using dielectrophoresis

使用介电泳测量金刚石颗粒电导的提案

• 发表时间: 2022
• 作者: Masafumi Inaba; Michihiko Nakano; Junya Suehiro
• 通讯作者: Junya Suehiro

CNT-FETのNO2応答にCNTの半導体・金属比率が与える影響

CNT的半导体/金属比例对CNT-FET NO2响应的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: 八木凱斗; 中原正太; 大町遼; 稲葉優文; 中野道彦; 末廣純也
• 通讯作者: 末廣純也

Effects of amount and metal/semiconducting ratio of CNT on ambipolar CNT-FET gas sensor response to NO2

CNT数量和金属/半导体比对双极CNT-FET气体传感器NO2响应的影响

• 发表时间: 2023
• 作者: Kaito Yagi; Shota Nakahara; Naoki Asano; Haruka Omachi; Masafumi Inaba; Michihiko Nakano; Junya Suehiro
• 通讯作者: Junya Suehiro

Comparison between modulations of contact and channel potential in nitrogen dioxide gas response of ambipolar carbon nanotube field-effect transistors

双极碳纳米管场效应晶体管二氧化氮气体响应中接触电位和沟道电位调制的比较

• DOI: 10.1063/5.0124891
• 发表时间: 2022
• 影响因子: 1.6
• 作者: Nakahara Shota;Morita Takahiro;Omachi Haruka;Inaba Masafumi;Nakano Michihiko;Suehiro Junya
• 通讯作者: Suehiro Junya

誘電泳動集積法を用いて作製したCNT-FETガスセンサの正孔や電子伝導とNO2応答速度の関係

介电泳集成法制备的CNT-FET气体传感器空穴和电子传导与NO2响应速度的关系

• 发表时间: 2022
• 作者: 中原正太; 八木凱斗; 大町遼; 稲葉優文; 中野道彦; 末廣純也
• 通讯作者: 末廣純也