ナイロンは透明電子デバイスの構成要素となるか?

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2019/8/16 ドイツ連邦共和国マックスプランク協会(MPG)

(Nylon as a building block for transparent electronic devices?)

Transparent nylon could be an important building block for the development of transparent electronic circuits in the future.

・ マックスプランク高分子研究所(MPI-P)が独・ヨハネス・グーテンベルク大学マインツとポーランド・ウッチェ工科大学と共同で、高性能のナイロン薄膜を開発。
・ 女性用ストッキングとして 1940 年代に登場したナイロンは、ポリマーの長鎖から成る合成繊維。現在テキスタイルで幅広く利用されているナイロンの他に、強誘電性を備えるものが発見されている。強誘電性材料は、センサー、アクチュエーター、メモリやエネルギーハーベスティングデバイス等で利用できる。
・ 溶媒で液化するポリマーでは、キャパシタ、トランジスタやダイオード等の電子デバイスに適したフレキシブルな薄膜フィルムが低コストで製造できるため、強誘電性ポリマーは e-テキスタイル作製において有効な選択肢となる。しかし、溶液プロセスでは高品質の強誘電ナイロン薄膜が製造できず、電子デバイスでのナイロンの利用は実現できなかった。
・ 今回、40 年来のこのような課題を解決。トリフルオロ酢酸とアセトンの混合液にナイロンを溶解し、真空中で固体化することで、僅か数百 nm のナイロン薄膜の作製に成功。滑らかな薄膜であるため、キャパシタでは絶縁破壊を回避して電子回路の故障を防ぐ。また、透過性であるため、透明電子デバイスでの利用も可能。
・ 同薄膜ナイロン薄膜による高性能ナイロンキャパシタのプロトタイプを長時間のストレスサイクルで試験した結果、百万サイクル後も堅牢性を維持。同ナイロン薄膜は、フレキシブルエレクトロニクスの重要な構成要素として、折り曲げ可能な電子デバイスや衣類のエレクトロニクス等での利用に加え、身体の動きで発電するマルチ機能のファブリック開発の可能性を拓く。
URL: http://www.mpip-mainz.mpg.de/presse/pm-en-2019-11

(関連情報)
Science Advances 掲載論文(フルテキスト) Solution-processed transparent ferroelectric nylon thin films
URL: https://advances.sciencemag.org/content/5/8/eaav3489

<NEDO海外技術情報より>

Abstract

Ferroelectricity, a bistable ordering of electrical dipoles in a material, is widely used in sensors, actuators, nonlinear optics, and data storage. Traditional ferroelectrics are ceramic based. Ferroelectric polymers are inexpensive lead-free materials that offer unique features such as the freedom of design enabled by chemistry, the facile solution-based low-temperature processing, and mechanical flexibility. Among engineering polymers, odd nylons are ferroelectric. Since the discovery of ferroelectricity in polymers, nearly half a century ago, a solution-processed ferroelectric nylon thin film has not been demonstrated because of the strong tendency of nylon chains to form hydrogen bonds. We show the solution processing of transparent ferroelectric thin film capacitors of odd nylons. The demonstration of ferroelectricity, as well as the way to obtain thin films, makes odd nylons attractive for applications in flexible devices, soft robotics, biomedical devices, and electronic textiles.

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