九州大学 研究者情報
論文一覧
長島 一樹(ながしま かずき) データ更新日:2019.12.28

准教授 /  先導物質化学研究所 融合材料部門


原著論文
1. X. Zhao, K. Nagashima, G. Zhang, T. Hosomi, H. Yoshida, Y. Akihiro, M. Kanai, W. Mizukami, Z. Zhu, T. Takahashi, M. Suzuki, B. Samransuksamer, G. Meng, T. Yasui, Y. Aoki, Y. Baba, and T. Yanagida, Synthesis of Monodispesedly Sized ZnO Nanowires from Randomly Sized Seeds, Nano Letters, 10.1021/acs.nanolett.9b04367, in press, 2019.12, 金属酸化物ナノワイヤはその構造的な特徴と金属酸化物特有の機能物性を併せ持つ堅牢なナノ材料群であり、次世代IoTの中核技術を担うインタラクティブデバイスの有望材料として注目を集めているが、自己組織化メカニズムにより形成される金属酸化物ナノワイヤの構造ばらつきが与えるデバイス動作信頼性への影響が懸念されており、本研究分野における最も重要な問題として取り上げられてきた。これまでは構造ばらつきを制御するために均一サイズの種結晶が用いられてきたが、リソグラフィによる均一種結晶形成はコスト高になるだけでなく、デバイス作製プロセスに制限を与えるため、これを本質的に解決する方法が強く求められてきた。本研究では、従来結晶成長では実現不可能であった、ランダムサイズの種結晶から均一径を有する酸化亜鉛(ZnO)ナノワイヤを合成する方法論を提案している。核形成開始点となる種結晶先端をアンモニアにより先鋭化することで、ランダムサイズの種結晶からでも均一な核形成場が構築されることが本技術のカギとなる。本技術を利用してσ=1.3nmの単分散ZnOナノワイヤの合成に成功した。種結晶の先鋭化に基づく本研究の概念は多種多様な金属酸化物ナノワイヤの均一合成に適用可能であることから、今後、本技術を用いた高信頼性金属酸化物ナノワイヤデバイスの応用研究が展開されると期待される。.
2. T. Yanase, U. Ogihara, Y. Awashima, T. Yanagida, K. Nagashima, T. Nagahama and T. Shimada, Growth Kinetics and Magnetic Property of Single-Crystal Fe Nanowires Grown via Vapor-Solid Mechanism Using Chemically Synthesized FeO Nanoparticle Catalysts, Crystal Growth & Design, 10.1021/acs.cgd.9b01148, 19, 7257-7263 (2019), 2019.10.
3. K. Nakamura, T. Takahashi, T. Hosomi, T. Seki, M. Kanai, G. Zhang, K. Nagashima, N. Shibata and T. Yanagida, Redox-Inactive CO2 Determines Atmospheric Stability of Electrical Properties of ZnO Nanowire Devices through a Room-Temperature Surface Reaction, ACS Applied Materials & Interfaces, 10.1021/acsami.9b13231, 11, 40260-40266 (2019), 2019.10.
4. T. Matsuda, K. Takada, K. Yano, R. Tsutsumi, K. Yoshikawa, S. Shimomura, Y. Shimizu, K. Nagashima, T. Yanagida and F. Ishikawa, Controlling Bi-Provoked Nanostructure Formation in GaAs/GaAsBi Core-Shell Nanowires, Nano Letters, 10.1021/acs.nanolett.9b02932, 19, 8510-8518 (2019), 2019.09.
5. D. Sakai, K. Nagashima, H. Yoshida, M. Kanai, Y. He, G. Zhang, X. Zhao, T. Takahashi, T. Yasui, T. Hosomi, Y. Uchida, S. Takeda, Y. Baba and T. Yanagida, Substantial Narrowing on the Width of “Concentration Window” of Hydrothermal ZnO Nanowires via Ammonia Addition, Scientific Reports, 10.1038/s41598-019-50641-y, 9, 14160 (2019), 2019.10.
6. Y. Akihiro, K. Nagashima, T. Hosomi, M. Kanai, H. Anzai, T. Takahashi, G. Zhang, T. Yasui, Y. Baba and T. Yanagida, Water-Organic Cosolvent Effect on Nucleation of Solution-Synthesized ZnO Nanowires, ACS Omega, 4, 8299-8304, 2019.05.
7. H. Liu, Y. He, K. Nagashima, G. Meng, T. Dai, B. Tong, Z. Deng, S. Wang, N. Zhu, T. Yanagida and X. Fang, Discrimination of VOCs molecules via extracting concealed features from a temperature-modulated p-type NiO sensor, Sensors and Actuators B: Chemical, 293, 342-349, 2019.04.
8. H. Koga, K. Nagashima, Y. Huang, G. Zhang, C. Wang, T. Takahashi, A. Inoue, H. Yang, M. Kanai, Y. He, K. Uetani, M. Nogi and T. Yanagida, Paper-Based Disposable Molecular Sensor Constructed from Oxide Nanowires, Cellulose Nanofibers, and Pencil-Drawn Electrodes, ACS Applied Materials & Interfaces, 11, 15044-15050, 2019.04.
9. C. Wang, T. Hosomi, K. Nagashima, T. Takahashi, G. Zhang, M. Kanai, H. Zeng, W. Mizukami, N. Shioya, T. Shimoaka, T. Tamaoka, H. Yoshida, S. Takeda, T. Yasui, Y. Baba, Y. Aoki, J. Terao, T. Hasegawa and T. Yanagida, Rational Method of Monitoring Molecular Transformations on Metal-Oxide Nanowire Surfaces, Nano Letters, 19, 2443-2449, 2019.03, 金属酸化物ナノワイヤは熱・化学的安定性に優れたナノ材料であり、次世代IoT向け分子認識センサの有望材料として注目を集めているが、希薄な揮発性分子と金属酸化物ナノワイヤ表面との相互作用を解析・評価することは困難であり、分子認識センサの機能設計における障壁となっていた。本研究では基板上に1方向に配向制御した単結晶酸化亜鉛ナノワイヤアレイを構築し、その規定された巨大ナノ結晶表面上で生じる分子の吸着・化学変化・脱離現象を各種高感度解析法(ガスクロマトグラフ質量分析・角度可変偏光赤外分光法)により評価することで、肺がんマーカー分子であるノナナールの二量化反応、及び酸化反応についてその反応経路と共に明らかにすることに成功した。更に熱処理による酸化亜鉛ナノワイヤの表面特性変調を行うことで各種反応を任意に制御できることが明らかとなった。本研究は、金属酸化物ナノワイヤによる分子認識センサの機能向上、設計に資する重要な知見であり、本論文で提案したアプローチにより、今後多種多様な揮発性分子群のセンサ表面上での振る舞いが解明されていくと期待される。.
10. H. Anzai, T. Takahashi, M. Suzuki, M. Kanai, G. Zhang, T. Hosomi, T. Seki, K. Nagashima, N. Shibata and T. Yanagida, Unusual Oxygen Partial Pressure Dependence of Electrical Transport of Single-Crystalline Metal Oxide Nanowires Grown by the Vapor-Liquid-Solid Process, Nano Letters, 19, 1675-1681, 2019.03, 単結晶金属酸化物ナノワイヤは金属や半導体など材料系には見られない多彩な機能物性を示す興味深いナノ材料群である。Vapor-Liquid-Solid法は高結晶性のナノワイヤ構造体を構築可能な方法論であるが、本手法を用いて作製された単結晶金属酸化物ナノワイヤは大きなバンドギャップを有する絶縁体であるにも関わらず、結晶欠陥に由来する「意図しないドーピング」により高い電気伝導性が報告されており、ナノ機能物性抽出・変調へ向けて長年の技術的課題となっていた。本研究では、Vapor-Liquid-Solid成長において金属酸化物ナノワイヤの構成元素である酸素の供給フラックス(酸素圧)を変調させた際に、電気伝導性において異常な酸素圧依存性が観測された。電気伝導性及び化学組成の空間分布評価により、本依存性が気固界面及び液固界面といった競合する2つの結晶成長界面における結晶の本質的な差異に起因することを明らかにした。更に、上記実験結果に基づいて構築した1次元結晶成長モデル(分子動力学シミュレーション)に基づいて界面選択的結晶成長を行うことにより、金属酸化物ナノワイヤの超高結晶化に成功した。.
11. T. Yasui, T. Yanagida, T. Shimada, K. Otsuka, M. Takeuchi, K. Nagashima, S. Rahong, T. Naito, D. Takeshita, A. Yonose, R. Magofuku, Z. Zhu, N. Kaji, M. Kanai, T. Kawai and Y. Baba, Engineering Nanowire-Mediated Cell Lysis for Microbial Cell Identification, ACS Nano, 13, 2262-2273, 2019.02.
12. T. Shimada, H. Yasaki, T. Yasui, T. Yanagida, N. Kaji, M. Kanai, K. Nagashima, T. Kawai and Y. Baba, PM2.5 Particle Detection in a Microfluidic Device by Using Ionic Current Sensing, Analytical Sciences, 34, 1347-1349, 2019.11.
13. T. Shimada, T. Yasui, A. Yokoyama, T. Goda, M. Hara, T. Yanagida, N. Kaji, M. Kanai, K. Nagashima, Y. Miyahara, T. Kawai and Y. Baba, Biomolecular recognition on nanowire surfaces modified by the self-assembled monolayer, Lab on a Chip, 18, 3225-3229, 2018.09.
14. F. W. Zhuge, T. Takahashi, M. Kanai, K. Nagashima, N. Fukata, K. Uchida and T. Yanagida, Thermal conductivity of Si nanowires with d-modulated dopant distribution by self-heated 3w method and its length dependence, Journal of Applied Physics, 124, 065105, 2019.08.
15. H. Yasaki, T. Shimada, T. Yasui, T. Yanagida, N. Kaji, M. Kanai, K. Nagashima, T. Kawai and Y. Baba, Robust Ionic Current Sensor for Bacterial Cell Size Detection, ACS Sensors, 3, 574-579, 2018.02.
16. H. Yasaki, T. Yasui, T. Yanagida, N. Kaji, M. Kanai, K. Nagashima, T. Kawai and Y. Baba, A real-time simultaneous measurement on a microfluidic device for individual bacteria discrimination, Sensors and Actuators B: Chemical, 260, 746-752, 2018.01.
17. H. Yasaki, T. Yasui, T. Yanagida, N. Kaji, M. Kanai, K. Nagashima, T. Kawai and Y. Baba, Effect of Channel Geometry on Ionic Current Signal of Bridge Circuit Based Microfluidic Channel, Chemistry Letters, 47, 350-353, 2018.01.
18. M. Tsutsui, T. Yoshida, K. Yokota, H. Yasaki, T. Yasui, A. Arima, W. Tonomura, K. Nagashima, T. Yanagida, N. Kaji, M. Taniguchi, T. Washio, Y. Baba and T. Kawai, Discriminating single-bacterial shape using low-aspect-ratio pores, Scientific Reports, 7, 17371-17371, 2017.12.
19. T. Yasui, T. Yanagida, S. Ito, Y. Konakade, D. Takeshita, T. Naganawa, K. Nagashima, T. Shimada, N. Kaji, Y. Nakamura, I. A. Thiodorus, Y. He, S. Rahong, M. Kanai, H. Yukawa, T. Ochiya, T. Kawai and Y. Baba, Unveiling massive numbers of cancer-related urinary-microRNA candidates via nanowires, Science Advances, 3, e1701133-e1701133, 2017.11.
20. H. Zeng, T. Takahashi, M. Kanai, G. Zhang, H. Yong, K. Nagashima and T. Yanagida, Long-Term Stability of Oxide Nanowire Sensors via Heavily Doped Oxide Contact, ACS Sensors, 2, 1854-1859, 2017.10.
21. H. Yasaki, T. Yasui, T. Yanagida, N. Kaji, M. Kanai, K. Nagashima, T. Kawai and Y. Baba, Substantial Expansion of Detectable Size Range in Ionic Current Sensing through Pores by Using a Microfluidic Bridge Circuit, Journal of the American Chemical Society, 139, 14137-14142, 2017.09.
22. H. Anzai, M. Suzuki, K. Nagashima, M. Kanai, Z. Zhu, Y. He, M. Boudot, G. Zhang, T. Takahashi, K. Kanemoto, T. Seki, N. Shibata and T. Yanagida, True Vapor-Liquid-Solid Process Suppresses Unintentional Carrier Doping of Single Crystalline Metal Oxide Nanowires, Nano Letters, 17, 4698-4705, 2017.07, 単結晶金属酸化物ナノワイヤは金属や半導体など材料系には見られない多彩な機能物性を示す興味深いナノ材料群である。Vapor-Liquid-Solid法は高結晶性のナノワイヤ構造体を構築可能な方法論であるが、これまでに報告されている本手法を用いて作製された単結晶金属酸化物ナノワイヤは大きなバンドギャップを有する絶縁体であるにも関わらず、結晶欠陥に由来する「意図しないドーピング」により高い電気伝導性が報告されており、ナノ機能物性抽出・変調へ向けて長年の技術的課題となっていた。本研究では、Vapor-Liquid-Solid成長において金属酸化物ナノワイヤが気固界面及び液固界面といった競合する2つの結晶成長界面を通して形成されることに着目し、それぞれの界面により形成される結晶の化学組成及び電気伝導性が大きく異なることを明らかにした。加えて、古典的核形成理論に基づいて界面選択的結晶成長を行うことにより、超高結晶性金属酸化物ナノワイヤの創製に初めて成功した。.
23. X. Sun, T. Yasui, T. Yanagida, N. Kaji, S. Rahong, M. Kanai, K. Nagashima, T. Kawai and Y. Baba, Nanostructures Integrated with a Nanochannel for Slowing Down DNA Translocation Velocity for Nanopore Sequencing, Analytical Sciences, 33, 735-738, 2017.06.
24. X. Sun, T. Yasui, T. Yanagida, N. Kaji, S. Rahong, M. Kanai, K. Nagashima, T. Kawai and Y. Baba, Effect of DNA Methylation on the Velocity of DNA Translocation through a Nanochannel, Analytical Sciences, 33, 727-730, 2017.06.
25. Q. Wu, N. Kaji, T. Yasui, S. Rahong, T. Yanagida, M. Kanai, K. Nagashima, M. Tokeshi, T. Kawai and Y. Baba, A millisecond micro-RNA separation technique by a hybrid structure of nanopillars and nanoslits, Scientific Reports, 7, 43877, 2017.03.
26. Z. Zhu, M. Suzuki, K. Nagashima, H. Yoshida, M. Kanai, G. Meng, H. Anzai, F. W. Zhuge, Y. He, M. Boudot, S. Takeda and T. Yanagida, Rational Concept for Reducing Growth Temperature in Vapor-Liquid-Solid Process of Metal Oxide Nanowires, Nano Letters, 16, 7495-7502, 2016.11, 単結晶金属酸化物ナノワイヤは金属や半導体など他の材料系には見られない機能物性を示す興味深いナノ材料群である。Vapor-Liquid-Solid法は高結晶性金属酸化物ナノワイヤを作製可能な方法論であるが、温度条件が800-900℃と極めて高く、機能性ナノデバイス展開に向けて大きな技術障壁となっていた。本研究では古典的核形成理論を基軸として提案した低温化設計指針により、低温条件下においても結晶性を保持した酸化物ナノワイヤの形成が可能となることを実証し、従来適用が困難であったITO基板・PEI基板上で単結晶酸化物ナノワイヤを構築することに成功した。.
27. Kazuki Nagashima, Hideto Yoshida, Annop Klamchuen, Masaki Kanai, Gang Meng, Fuwei Zhuge, Yong He, Hiroshi Anzai, Zetao Zhu, Masaru Suzuki, Mickael Boudot, Seiji Takeda, Takeshi Yanagida, Tailoring Nucleation at Two Interfaces Enables Single Crystalline NiO Nanowires via Vapor-Liquid-Solid Route, ACS Applied Materials & Interfaces, 8, 27892-27899, 2016.09.
28. Xiaoyin Sun, Takao Yasui, Takeshi Yanagida, Noritada Kaji, Sakon Rahong, Masaki Kanai, Kazuki Nagashima, Kawai Tomoji, Yoshinobu Baba, Identifying DNA methylation in a nanochannel, Science and Technology of Advanced Materials, 17, 644-649, 2016.10.
29. Umberto Celano, Kazuki Nagashima, Hirotaka Koga, Masaya Nogi, Fuwei Zhuge, Gang Meng, Yong He, Jo De Boeck, Malgorzata Jurczak, Wilfried Vandervorst, Takeshi Yanagida, All-nanocellulose nonvolatile resistive memory, NPG Asia Materials, 8, e310, 2016.09.
30. Gang Meng, Fuwei Zhuge, Kazuki Nagashima, Atuo Nakao, Masaki Kanai, Yong He, Mickael Boudot, Tsunaki Takahashi, Ken Uchida, Takeshi Yanagida, Nanoscale Thermal Management of Single SnO2 Nanowire: pico-Joule Energy Consumed Molecule Sensor, ACS Sensors, 1, 997-1002, 2016.07, 単結晶酸化物ナノナノワイヤ中のナノスケール熱輸送現象を時空間的に制御・設計し、同ナノワイヤを用いた分子センサの駆動消費エネルギーを従来比10億分の1に低減することに成功した。加えて、電流自己加熱を用いたナノワイヤ中に熱を閉じ込める方法論により、ナノワイヤ分子センサを室温駆動させることに成功し、従来適用が極めて困難であったフレキシブルデバイスへの展開可能性を実証した。.
31. Sakon Rahong, Takao Yasui, Takeshi Yanagida, Kazuki Nagashima, Masaki Kanai, Gang Meng, Yong He, Fuwei Zhuge, Noritada Kaji, Tomoji Kawai, Yoshinobu Baba, Three-dimensional Nanowire Structures for Ultra-Fast Separation of DNA, Protein and RNA Molecules, Scientific Reports, 5, 10584, 2015.06.
32. Annop Klamchuen, Masaru Suzuki, Kazuki Nagashima, Hideto Yoshida, Masaki Kanai, Fuwei Zhuge, Yong He, Meng Gang, Shoichi Kai, Seiji Takeda, Tomoji Kawai, Takeshi Yanagida, Rational Concept for Designing Vapor-Liquid-Solid Growth of Metal Oxide Nanowires, Nano Letters, 15, 6406-6412 , 2015.09.

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