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柳田 剛(やなぎだ たけし) データ更新日:2021.08.03



主な研究テーマ
原子・分子レベルから設計された新奇ナノ材料を創製し、それらが生み出す新しい機能物性・デバイスを開拓する先端的なナノ材料科学の研究を行う。これらの基礎科学に立脚した我々の安心・安全・健康を実現する革新的なナノデバイス群を創出する。
キーワード:材料科学
2015.01~2015.10.
従事しているプロジェクト研究
CREST
2015.10~2015.10.
研究業績
主要著書
主要原著論文
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 Monodispersedly Sized ZnO Nanowires from Randomly Sized Seeds​, Nano Letters, 10.1021/acs.nanolett.9b04367, 20, 599-605, 2020.04, We demonstrate the facile, rational synthesis of monodispersedly sized zinc oxide (ZnO) nanowires from randomly sized seeds by hydrothermal growth. Uniformly shaped nanowire tips constructed in ammonia-dominated alkaline conditions serve as a foundation for the subsequent formation of the monodisperse nanowires. By precisely controlling the sharp tip formation and the nucleation, our
method substantially narrows the distribution of ZnO nanowire diameters from σ = 13.5 nm down to σ = 1.3 nm and controls their diameter by a completely bottom-up method, even initiating from randomly sized seeds. The proposed concept of sharp tip based monodisperse nanowires growth can be applied to the growth of diverse metal oxide nanowires and thus paves the way for bottom-up grown metal oxide nanowires-integrated nanodevices with a reliable performance..
2. H. Anzai, T. Takahashi, M. Suzuki, M. Kanai, G. Zhang, T. Hosomi, T. Seki, . 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, org/10.1021/acs.nanolett.8b04668, 19, 3, 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。.
3. Chen Wang, Takuro Hosomi, Kazuki Nagashima, Tsunaki Takahashi, Guozhu Zhang, Masaki Kanai, Hao Zeng, Wataru Mizukami, Nobutaka Shioya, Takafumi Shimoaka, Takehiro Tamaoka, Hideto Yoshida, Hideto Yoshida Hideto Yoshida, Seiji Takeda, TakaoYasui, Yoshinobu Baba, Yuriko Aoki, Jun Terao, Takeshi Hasegawa, Takeshi Yanagida, Rational Method of Monitoring Molecular Transformations on Metal-Oxide Nanowire Surfaces, Nano Letters, org/10.1021/acs.nanolett.8b05180, 19, 4, 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。.
主要学会発表等
学会活動
所属学会名
応用物理学会
日本化学会
化学工学会
その他の研究活動
外国人研究者等の受入れ状況
2019.05~2021.05, Thailand.
2016.08~2017.03, China.
2016.08~2017.03, China.
受賞
平成30年度秀でた利用成果 優秀賞, 文部科学省ナノテクノロジープラットフォーム, 2019.06.
研究資金
科学研究費補助金の採択状況(文部科学省、日本学術振興会)
2018年度~2021年度, 基盤研究(S), 代表, 堅牢な分子識別センサエレクトロニクスの学術基盤創成.
2014年度~2015年度, 新学術領域研究, 代表, ナノ構造情報に基づく単結晶酸化物ナノワイヤの材料創製.
2016年度~2017年度, 新学術領域研究, 代表, 自己組織化ヘテロナノワイヤを用いた分子素子.
2014年度~2015年度, 新学術領域研究, 代表, ヘテロナノワイヤを用いた分子素子.
競争的資金(受託研究を含む)の採択状況
2019年度~2025年度, 戦略的創造研究推進事業 (文部科学省), 分担, 空間的・時間的に局在化したナノ熱の学理と応用展開.
2018年度, , 分担, 味覚・嗅覚・食感イノベーションによる食サービスの創出.
2015年度~2017年度, 革新的研究開発推進プログラム, 代表, ナノワイヤによる生体分子解析技術の開発.
2015年度~2017年度, 戦略的創造研究推進事業 (文部科学省), 酸化物チャネルとナノ熱管理工学による極小エネルギー・多機能センサの創製.
共同研究、受託研究(競争的資金を除く)の受入状況
2020.03~2021.03, 代表, 「空間選択結晶成長に関する研究」半導体適用可能性検討の技術的指導.
寄附金の受入状況
2018年度, 旭硝子財団, 旭硝子財団研究助成.
2018年度, 村田学術振興財団, 村田学術振興財団 研究助成.

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