東北大,セルロースナノファイバーに半導体特性発見

東北大学の研究グループは,セルロースナノファイバー(CNF)組織を制御したナノサイズのシート材に半導体特性が発現することを見出した(ニュースリリース)。

CNFは,セルロースを主成分とする植物繊維を,ナノメートルサイズまでほぐして微細化した素材。環境にやさしい天然物ながら,優れた強度を持つ,熱で膨張しにくい,吸水性が高いなど,さまざまな特長がある。

また植物を原料としているため,再生型資源として気軽に身近なものから手にいれることができる。CNFのようなバイオマス素材を利用した半導体を開発できれば,カーボンニュートラルかつ再生可能で安価な素材であることから,新たな産業創出が期待できる。

研究グループは,既存の蓄電体機能に関する成果から,絶縁体である紙・セルロースが,CNFのような微細構造体として組織化することにより,電荷分布や電子移動を発現できると予測した。そこで研究では,各種のCNFの電荷分布や電子移動を電圧制御により検討した。

その結果,CNF組織を制御したナノサイズのシート材の I(電流)-V(電圧)特性は,負電圧領域に顕著な現象を示すn型半導体特性を示した。また直流通電時の並列回路(低伝導帯)から,交流通電時の並列回路(高伝導帯)に変化する特性も示した。

このような特徴から,高価な高純度シリコン(Si)素材やレアメタルを用いた化合物半導体と異なり,低廉で無害のバイオ素材による半導体作製の可能性も出てきたとする。

研究グループは,日本に豊富に存在する森林資源を活用することで,植物由来の半導体によるペーパーエレクトロニクスの実用化が期待されるとしている。

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