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» 2021年04月16日 14時00分 公開

塗るだけで水濡れ短絡を防ぐ、木材由来のナノ繊維で大阪大学が開発(1/2 ページ)

大阪大学は、木材由来のナノ繊維を電子回路にコーティングすることで、水濡れによる故障(短絡)を長時間抑制する技術を発表した。開発したのは、大阪大学産業科学研究所の春日貴章氏、能木雅也教授らの研究グループ。

[村尾麻悠子,EE Times Japan]

 大阪大学は、木材由来のナノ繊維を電子回路にコーティングすることで、水濡れによる故障(短絡)を長時間抑制する技術を発表した。開発したのは、大阪大学産業科学研究所の春日貴章氏、能木雅也教授らの研究グループ。大阪大学は2021年4月8日、東京オフィスおよびオンラインにて記者会見を開催し、その詳細を説明した。

発表する大阪大学産業科学研究所の春日貴章氏

 水濡れによる短絡は、イオン化した金属が電極間を移動するイオンマイグレーションによって発生する。例えば銅の場合、陽極から溶け出した銅イオン(Cu2+)が陰極に移動し、陰極で還元した銅イオンによって樹状析出が成長。この樹状析出によって短絡が発生する。

イオンマイグレーションによって短絡が発生するメカニズム 出典:大阪大学(クリックで拡大)

 既存の水濡れ故障対策の一つは、疎水性ポリマーで基板を封止することだ。だが、疎水性ポリマーのみで全て解決できるわけではない。曲げたり伸縮したりできるウェアラブルデバイスが登場したり、より高い安全性が求められるヘルスケアデバイスが販売されたりと、「封止の性能に対する要求は上がり続けている」と春日氏は述べる。「さらに、どれだけ優れた封止膜でも、損傷してしまうと水濡れ故障は避けられない」(同氏)

 そこで、「濡れても損傷しても短絡故障を回避できる技術」を追求した結果、今回の成果に至った。

 木材由来のナノ繊維とは、木材から取り出せる、直径3〜15nmの非常に細い繊維で、セルロースナノファイバー(以下、ナノ繊維)とも呼ばれる。

セルロースナノファイバーの製造方法 出典:大阪大学(クリックで拡大)

 春日氏らは、このナノ繊維が水に分散した液体をガラス基板(+銅電極)にコーティングし、乾燥させて膜を生成。その後、コーティングした基板を水没させて電圧を印加する実験を行った。その結果、コーティングなしの基板の抵抗値が時間とともに低下していく一方、コーティングした基板の抵抗値は24時間が経過しても初期状態を維持していることが明らかになった。

ナノ繊維で回路をコーティングしたところ、水没後24時間たっても短絡しないことが分かった。図版左下のグラフからは、「コーティングあり」の方(赤い丸)の電気抵抗がほとんど低下していないことが見て取れる 出典:大阪大学(クリックで拡大)
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