NIMSら,導電性を制御可能なナノシート材料を開発

物質・材料研究機構(NIMS),筑波大学,高輝度光科学研究センター(JASRI),東京大学,東京工業大学の研究グループは,ホウ素と水素のみからなる導電性を持つ新たなナノシート材料を開発した(ニュースリリース)。

グラフェンに代表される原子・分子レベルの非常に薄い導電性ナノシート材料は,柔軟性や特異な電子状態を持つことから,キャパシターなどの電子デバイスへの応用が期待されている。

その中で,グラフェンを超える優れた電子特性を持つと理論的に予想されていたものが,ホウ素と水素のみからなるホウ化水素ナノシートとなる。この材料は合成が非常に困難であることが知られていたが,2017年に筑波大学やNIMSなどの研究グループが,ホウ化水素ナノシートの合成に世界で初めて成功した。

ところがその特性を調べたところ,予測とは異なり導電性を持たない絶縁体だった。そこで,なぜ理論的な予測と違って導電性を持たないのかを明らかにすることで,導電性を持つホウ化水素ナノシートの合成を目指した研究が進められてきた。

今回研究グループは,導電性を持たない原因が表面に吸着する不純物にあることを明らかにし,試料の純度を高める適切な前処理をすることで,安定して導電性を発現するホウ化水素ナノシートの合成に成功した。

さらに,導電性発現に関するメカニズムを詳細に調べるため,大型放射光施設SPring-8を利用してホウ化水素ナノシートの構造を解析したところ,水素原子が特殊な配置を取っており,その構造によって電気的な偏りが発生し,そこに微量の有機分子が吸着することで導電性が安定していなかったことを明らかにした。

軽量かつフレキシブルなホウ化水素ナノシートは,ウェアラブルな電子デバイスへの応用が期待できる。さらに,ホウ化水素ナノシートの大きな特徴の1つとして分子の吸着性を考えると,分子の吸着で導電性が大きく変わる材料として使うことが可能となる。

実際に30°C以上で,6桁も抵抗が大きくなる現象が見られた。分子応答性のセンサー材料の開発に繋がる基礎特性と考えられるという。

また,特殊な水素の配置により,酸点と塩基点が存在するため,触媒材料への応用や,これまでにはない特性を持つ材料の開発により,全く新しいデバイスの誕生が期待できるとしている。

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