26高橋 康史11Yasufumi TAKAHASHI柳田 剛12Takeshi YANAGIDA走査型プローブ顕微鏡とイオン伝導計測技術の融合によるイオン伝導パスの可視化技術の創成 (2014年採択)Development of interface ion conductance microscopy for visualising nanoscale ion transfer pass (Project 2014)酸化物ナノワイヤの多彩な酸化還元反応とメモリスタ物性に基づいた革新的生体モニタリング科学技術の創成 (2014年採択)Creation of bio-monitoring based on redox phenomena and memristor of oxide nanowires (Project 2014)リチウムイオン２次電池は，粉末合剤を集電体に塗布して作製されており，電子抵抗，イオン伝導経路が不均一であり，欠陥，被膜，電流密度などの三次元的な分布が電池の高性能化を妨げている．これらが蓄電性能に与える影響は未解明であり，従来まで電池製造におけるノウハウにより解決されてきた．そこで，独自開発した走査型電気化学セル顕微鏡（SECCM）を用い，電池材料表面でのLiの挿入脱離に伴う電流や，電位，充放電特性をイメージとして可視化する．これにより，電池の高出力化に不可欠な材料でのイオン伝導性の不均一性形成のメカニズムを解明する．Since a lithium ion secondary battery is manufactured by applying a powder mixture to a current collector, heterogeneous electronic resistance and ion conductive path are formed. This heterogeneity is due to a three-dimensional distribution such as defects, film formation, current density, which hinders high perfor-mance of the battery. The influence of these on the charge storage performance has not been elucidated, and it has been solved by the know-how in battery manufacture until now. Therefore, we developed scanning elec-trochemical cell microscope (SECCM) to visualize the current, potential, charge / discharge characteristics of lithium insertion / detachment on the surface of the battery material as an image and to clarify the mechanism of heterogeneous ion conductive pass formation.本研究では，酸化物ナノワイヤの多彩な酸化還元反応とメモリスタ物性を活用した革新的な生体モニタリング科学技術の礎となる基礎的な研究を行った．より具体的には，①一本の単結晶酸化物ナノワイヤから構成されるフリースタンディング型センサデバイスを形成し，②そのセンサデバイス内における熱空間分布をナノスケールで行う新しい手法を開発した．この新しい手法により，従来技術ではmJレベルの消費エネルギーが必要であったセンサデバイスを，pJレベルまで劇的に低減できることを実証した．本手法により，従来センサでは適用が困難であった低消費エネルギー型生体モニタリングにむけたトリリオンセンサへ展開が可能になる．In this research, we conducted fundamental research which is the cornerstone of innovative biomonitoring science and technology utilizing various redox reactions of oxide nanowires and memory physical properties. More specifically, we developed a free-standing sensor device consisting of a single single crystal oxide na-nowire and developed a new method for thermospatial distribution in its sensor device at nanoscale. With this new method, we confirmed that the sensor device which required mJ level energy consumption can drastical-ly reduce up to the pJ level in the conventional technology. With this method, it becomes possible to develop to low energy consumption type biomonitoring and trillion sensor which was difficult to apply with conven-tional sensors.
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