有機トランジスタシンポジウム

次回、春の応用物理学会講演会にて、「有機トランジスタ：新たなるフロンティアを目指して」というシンポジウムを開催します。
そうそうたる招待講演が並んでいます。

1.Karl Leo(Technische Universitat Dresden)
「Vertical organic transistors: Basics and applications」
2.工藤 一浩(千葉大)
「有機トランジスタに描く夢:誕生から発展まで」
3.内藤 裕義(大阪府立大)
「有機トランジスタのインピーダンス分光:物性評価と動作特性」
4.時任 静士(山形大)
「印刷型有機薄膜トランジスタと集積回路応用」
5.瀧宮 和男(理研)
「低分子有機半導体:高移動度化と将来展望」
6.竹谷 純一(東京大)
「有機単結晶トランジスタの応答速度と集積回路」
7.横田 知之(東京大)
「超フレキシブル/ストレッチャブル電子回路と将来展望」

一般投稿も受け付けていますので、有機トランジスタに関わる研究を行っている人は、是非投稿して下さい。

今頃になって．．．

つい最近、当研究室の卒業生が在学時に学生募集説明会のウェブページにてインタビューされていることに気づきました。

3年前です．．．．

2019秋の学会発表

2019年秋の学会シーズンにおける、当研究室関連の発表一覧です。
（今後、随時情報をアップデートします。）

応用物理学会講演会

【12.2 評価・基礎物性】
・M.-C. Jung, A. Matsuyama , I. Maeng , H. Kojima , H. Benten and M. Nakamura:
"Temperature dependence of CH3NH2 molecular defect in CH3NH3PbI3 thin film formed by sequential vacuum evaporation and its THz-wave absorption property", 第80回応用物理学会秋季学術講演会, 北海道大学札幌キャンパス（札幌市）,  2019.9.18〜21 (2019.9.18), 18p-E302-1

・松山明日、鄭敏喆、小島広孝、辨天宏明、中村雅一、Inhee Maeng、Jung-Ho Yun：
"逐次真空蒸着法により製膜したFAPb(BrI)3薄膜による強いTHz吸収", 第80回応用物理学会秋季学術講演会, 北海道大学札幌キャンパス（札幌市）, 2019.9.18〜21 (2019.9.20) 20p-PA2-7.

【12.3 機能材料・萌芽的デバイス】
・小嶋晃平、阿部竜、小島広孝、Jung Min-Cherl、辨天宏明、橋川祥史、村田靖次郎、中村雅一:
"水内包フラーレンにおける巨大ゼーベック効果", 第80回応用物理学会秋季学術講演会, 北海道大学札幌キャンパス（札幌市）, 2019.9.18〜21 (2019.9.20) 20p-PA3-15.

【12.5 有機太陽電池】
・辨天宏明、Anjar Taufik Hidayat、太田昇、小島広孝、鄭敏喆、中村雅一:
"高分子/高分子ブレンド薄膜における共役高分子鎖の高度秩序化", 第80回応用物理学会秋季学術講演会, 北海道大学札幌キャンパス（札幌市）, 2019.9.18〜21 (2019.9.21) 21a-E101-6.

・久保田翔太、鈴木隼也、小島広孝、Jung Min-Cherl、中村雅一、辨天宏明:
"インピーダンス分光法で明らかにする高分子/高分子ブレンド薄膜太陽電池の F F 制限要因", 第80回応用物理学会秋季学術講演会, 北海道大学札幌キャンパス（札幌市）, 2019.9.18〜21 (2019.9.21) 21a-E101-11.

【12.6 ナノバイオテクノロジー】
・H. Han, N. B. Sabani, N. Okamoto, M. Nakamura, I. Yamashita:
"Adsorption and electrochemical study of cage-shape protein with GBP aptamer", 第80回応用物理学会秋季学術講演会, 北海道大学札幌キャンパス（札幌市）, 2019.9.18〜21 (2019.9.19) 19a-E203-12.

【22.1 合同セッションM 「フォノンエンジニアリング」】
・関本祐紀、中村雅一、陳銘、陳國樑:
"3ω法を用いた多層膜の熱伝導率測定および界面熱抵抗評価", 第80回応用物理学会秋季学術講演会, 北海道大学札幌キャンパス（札幌市）, 2019.9.18〜21 (2019.9.19) 19a-E214-2.

応物学会以外

・M.-C. Jung, I. Maeng, A. Matsuyama, R. Abe, J.-H. Yun, and M. Nakamura:
“Temperature dependence of CH3NH2 molecular defect in CH3NH3PbI3 thin film formed by sequential vacuum evaporation”, 2019 International Conference on Solid Devices and Materials, Nagoya University, 2019.9.2-5, A-1-04.

・辨天宏明、久保田翔太、鈴木隼也、小島広孝、鄭敏喆、中村雅一:
"インピーダンス分光法で明らかにするDonor/Acceptor高分子ブレンド薄膜太陽電池の電荷再結合", 2019年光化学討論会, 名古屋大学東山キャンパス（名古屋市）, 2019.9.10〜12 (2019.9.12) 3D02.

・辨天宏明:
"電流計測原子間力顕微鏡でみるDonor/Acceptor共役高分子ブレンド薄膜の電荷輸送特性", 第68回高分子討論会, 福井大学文京キャンパス（福井市）, 2019.9.25〜27 (2019.9.26) 2W01.

・（招待講演）中村雅一:
"フレキシブル熱電変換デバイスのための有機系熱電材料の探索",  2019日本表面真空学会学術講演会, つくば国際会議場（つくば市）, 2019.10.28-30 (2019.10.??) .

2019年春学会等発表

2019年 応用物理学会春季学術講演会での、当研究室関連の発表一覧です。
（今後、随時情報をアップデートします。）

【12.1 作製・構造制御】
・荻野 孝太、松原 亮介、鄭 敏喆、小島 広孝、辨天 宏明、中村 雅一:
"大面積高速成膜に向けた線形高速分子線セルの開発", 第66回応用物理学会春季学術講演会, 東京工業大学大岡山キャンパス（東京都目黒区）, 2019.3.9〜12 (2019.3.11) 11a-M111-10.

【12.2 評価・基礎物性】
・松山 明日、小堀 天、鄭 敏喆、小島 広孝、辨天 宏明、中村 雅一:
"逐次蒸着法により製膜したFAPbI3 薄膜による強いTHz波吸収", 第66回応用物理学会春季学術講演会, 東京工業大学大岡山キャンパス（東京都目黒区）, 2019.3.9〜12 (2019.3.11) 11p-M112-13.

【12.5 有機太陽電池】
・松山 明日、小堀 天、鄭 敏喆、小島 広孝、辨天 宏明、中村 雅一:
"有機無機ハイブリッドペロブスカイト太陽電池における超薄型正孔輸送層としてのP3ポリマーの評価", 第66回応用物理学会春季学術講演会, 東京工業大学大岡山キャンパス（東京都目黒区）, 2019.3.9〜12 (2019.3.10) 10a-PB1-15.


（応物学会以外にこの期間以下の発表があります。一部は終了していますが。）
・土江宏典，岡本尚文，関本祐紀，阿部竜，鄭敏喆，小島広孝，辨天宏明，中村雅一:
発泡エラストマーを用いたフレキシブル熱電変換素子の開発，応用物理学会関西支部
平成30年度第3回講演会，大阪大学中之島センター（大阪府大阪市），(2019.2.15)
P-31.

・H. Kojima, S. Inoue, T. Takeuchi, K. Kojima, R. Abe, S. Izawa, M. Kikuchi,M. Hiramoto, M. Nakamura:
"Thermoelectric Measurements for pi-Figurated Compounds in Various Forms: Thin Film, Crystal, and Pelletized Powder", 7th International Symposium on pi-System Figuration, Osaka, Japan (2019.3.29) ???.

・【招待講演】M. Nakamura, H. Kojima:
"Control of charge and heat transports by organic molecules for energy harvesting applications", 2019 KPS Spring Meeting, Daejeon Convention Center, Daejeon, Korea, 2019.4.24-26 (2019.4.25).

「応用物理」８月号

応用物理学会員の方は、もう機関誌「応用物理」の８月号は見られたでしょうか？
毎年８月号は、編集委員長の企画特殊号で、今年は中村が代表として伊藤剛仁先生（東京大学）、千葉大地先生（東京大学），古田守先生（高知工科大）とともに「講演会」をテーマに特集を組みました。

以下の特集記事が掲載されています。
●講演会チュートリアルを題材とした解説
・「ナノバイオ技術のエレクトロニクスへの応用 -非専門家のためのバイオ分子実験概説と応用例-」（有機分子・バイオエレクトロニクス大分類より）
・「高電圧・プラズマの農業・水産・食品分野への利用 -かみなり農業；高電圧・プラズマの農水食利用-」（プラズマエレクトロニクス大分類より）
・「結晶成長を理解する」（結晶工学大分類より）
●特別寄稿「講演奨励賞を受賞して」
●座談会「講演会企画・運営の舞台裏」
●特別企画「応用物理学会学術講演会に期待すること」
●委員会だより「大分類『ナノカーボン』の立ち上げを振り返って」

ベテランから中堅会員の人には、「講演会企画・運営の舞台裏」がお勧めです。講演会を運営してきた歴代の委員長にお集まり頂き、近年の様々な試みや苦労について語って頂きました。生々しすぎて掲載出来なかった部分こそ面白かったのですが．．．

若手会員や学生会員の人には、「講演奨励賞を受賞して」がお勧めです。今や学会を牽引する有名なあの先生が、講演奨励賞受賞前後から今に至るまでの必ずしも順風満帆ではなかった体験談を、個性あふれる表現で紹介しています。

ちなみに、表紙は珍しくイラストタッチですが、これは講演会会場の風景を題材にしたものです。看板は、今月名古屋で開かれる秋期講演会のデザインになっています。メインエントランスの前でしょうか？
ポスターを抱えた若者（学生？）、ノートPCをひろげて最後の発表リハーサルに精を出す若者（学生？）、それを指導している先生らしき人が描かれています。
私も後から知らされたのですが、この先生をプロに描いてもらうにあたり、素材として中村の写真が使われたそうです。

でも、似てない．．．．

2018年秋学会等発表

2018年 応用物理学会秋季学術講演会での、当研究室関連の発表一覧です。

【12.1 作成技術】
・小堀天、鄭敏喆、小島広孝、辨天宏明、中村雅一:
"有機無機ハイブリッドペロブスカイトの２段階真空蒸着法における成膜機構", 第79回応用物理学会秋季学術講演会, 名古屋国際会議場（名古屋市熱田区）, 2018.9.18〜21 (2018.9.19) 19p-231C-17.

【合同セッションM 「フォノンエンジニアリング」 】

・関本 祐紀, 鄭 敏喆, 小島 広孝, 辨天 宏明, 中村 雅一: 

"カーボンナノチューブ/ポリマー複合紡績糸の熱伝導率に対する組成および構造の影響", 第79回応用物理学会秋季学術講演会, 名古屋国際会議場（名古屋市熱田区）, 2018.9.18〜21 (2018.9.20) 20a-234B-3.

【シンポジウム：S15 深化する有機半導体結晶:量子解放の分子科学に向けて】
・中村 雅一, 小島 広孝, 稲垣 剛:
”有機固体における巨大ゼーベック効果 〜量子解放のもう一方の極限〜”, 第79回応用物理学会秋季学術講演会, 名古屋国際会議場（名古屋市熱田区）, 2018.9.18〜21 (2018.9.20) 20p-231C-9.

なお、今シーズン、応物学会以外に以下の発表が予定されています。

・S. Kobori, M.-C. Jung, Y. M. Lee, I. Maeng, H. Kojima, H. Benten and M. Nakamura:
"Growth mechanism of organic-inorganic hybrid perovskite thin films fabricated by two-step sequential vacuum evaporation method", 2018 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2018), The University of Tokyo, Hongo Campas, 2018.9.9〜13 (2018.9.12 and 13) C000220.

・辨天宏明：
"電流計測原子間力顕微鏡でみる共役高分子薄膜の電荷輸送特性", 第67回高分子討論会（札幌市 北海道大学 札幌キャンパス）, 2018年9月12日（水）～14日（金）, (2018.9.13), 2W09

以下は、すでに終わった発表です。

・鈴木隼也, 小島広孝, 鄭敏喆, 辨天宏明, 中村雅一:
"インピーダンス分光法で明らかにする高分子相分離薄膜太陽電池の電荷輸送制限要因", 第64回高分子研究発表会（神戸） (神戸市 兵庫県民会館), 2018年7月13日（金）, (2018.7.13), C-5

・Anjar Taufik Hidayat, 小島広孝, 鄭敏喆, 辨天宏明, 中村雅一:
"Local Electron Transport Structures of Organic Semiconductor Thin Films Visualized by Conductive Atomic Force Microscopy", 第64回高分子研究発表会（神戸） (神戸市 兵庫県民会館), 2018年7月13日（金）, (2018.7.13), C-6

・鴫田捷仁, 小島広孝, Min-Cherl Jung, 辨天宏明, 中村雅一:
"電流計測原子間力顕微鏡で明らかにする共役高分子相分離薄膜の電荷輸送特性", 第64回高分子研究発表会（神戸） (神戸市 兵庫県民会館), 2018年7月13日（金）, (2018.7.13), C-7

熱電ウォッチ インプレッションその２

「世界初の熱電スマートウォッチ」MATRIX社のPOWERWATCHについて、その１では一般ユーザー目線での感想を書きましたが、その２として、研究者・技術者目線での感想を書きたいと思います。

MATRIX社のTECHNOLOGYのページを見てもわかるように、このPOWERWATCHは、従来からある典型的な熱電モジュールを使っているように見えます。熱電材料の種類について具体的な発表は見つけられませんでしたが、CEOがシリコン系の熱電材料を研究していた人であること、それから、TECHNOLOGYのページにシリコンナノテクノロジーを使っている旨記述されていますので、おそらく、ナノ構造（フォノン散乱を増やして熱伝導率を下げる効果がある）を作り込んだシリコン系熱電材料ではないかと推測されます。
従って、同社のウェブページにあるモジュールの絵こそ何の変哲もないセラミックプレートで挟まれたπ型モジュールですが、「従来の」熱電材料よりもかなり熱伝導率を抑えているのではないかと予想していました。

しかし！
実際につかってみたところ、その期待は裏切られました。

 POWERWATCHは、WATCHモードで竜頭を回すと、左の写真のように裏面プレートと表ケースの温度を表示します。
左の写真は室温25℃前後の屋内での定常状態ですが、Skin Temp 31℃、Case Temp 31℃となっています。
おかしいなと思って、いろいろな場所でいろいろな状態を試しましたが、春の日中の気温では、どこにいても表示される温度差はせいぜい１℃です。

こちらが標準のWATCHモードです。12時のところから2時のあたりまで白いバーが伸びていますが、これがリアルタイムの発電量を表しているそうです。外周の数字がパーセントを表しているのでしょう。100%が何を意味するのかは不明です。

上の写真と同じ状態で表示だけ切り替えたので、温度差1℃以下のとき15%の発電量ということになります。

試しに、裏面プレートを42℃のお湯につけ、表面ケース側を手であおいで冷やしてみたところ、それでようやく出力70%くらいでした。100%とは体温に対してケースを氷水で冷やすくらいのレベルなのでしょうか。

さて、2週間ほど使ってみましたが、日常生活時には発電量5〜25％の間でした。温度差はせいぜい2℃です。さらに気になるのは、その１でも書いたように、 POWERWATCHを装着している腕に常時冷たさを感じるのです。皮膚が敏感な人なら不快に感じるかもしれません。

これは、皮膚が寒さを感じるほど局所的に熱を奪い、側面のフィンも含めたケースの熱設計を頑張ることでモジュールに熱流を与えているにも関わらず、モジュールの熱コンダクタンスが大きいために1℃程度しか温度差がつかないということを意味しています。時計のサイズと比較してモジュールはふたまわりくらい小さいと推測されるので、熱電材料の熱伝導率はかなり高いのではないでしょうか。最新技術を導入しているとは言えシリコン系材料（推測ですが）を使っているからかもしれません。

なお、このバージョンのPOWERWATCHには、もう一つ弱点があります。それは、内側プレートより外側ケースのほうが高温になると発電しないことです。実際に、屋外で直射日光に当たると、ケースが黒いため（これはBLACK OPSを選んだ私が悪い？）に外側ケースの温度が上がり、すぐに発電量がゼロになります。

これについては、今後発売されるPOWERWATCH Xで改良され、ケースのほうが高温の場合も発電するようになるそうです。温帯から熱帯地方で、屋外で使う時間が長い場合は、そのほうが良いでしょうね。

MATRIX社では電源回路も独自に最適化設計しているそうですが、逆極性で発電できないということは昇圧回路がかなり厳しいのでしょうか？

おそらく、モジュールサイズが小さく、直列数が少ないので、温度差が付かないことも相まって出力電圧が低いのだと推測します。チャージポンプ回路でかなり頑張って昇圧している（推測）ので、極性を切り替えるためのダイオードやトランジスタスイッチが使いにくいのかもしれません。

"X"のほうは通知機能を使うためにBluetooth LEを常時動作させるはずですから、おそらくモジュールのサイズがかなり大きくなるのでしょう。実際、ケースのサイズは一回り大きくなります。そうすれば、出力電圧もより上げられますから、逆極性発電のための回路も組みやすくなるのではないかと推測されます。

まだまだ気づいたことはありますが、ここらへんでPOWERWATCHを使って実感した、このようなウェアラブル用途に熱電変換技術を使う場合の要求事項をまとめておきます。

1. モジュールの熱伝導率は樹脂と同程度以下であるべき
2. ベルトの面積がもったいない。ここも熱電変換に使うべき。
3. 常用状態でモジュールの出力電圧が1V程度あったほうが良い。

つまり、0.1 W/mKオーダーかそれ以下の熱伝導率で、フレキシブルで、かつ、なるべくゼーベック係数が大きい熱電材料／モジュールが必要！

まさに、5年くらい前から私が主張して、研究の目標としていることですね。

例えば、我々が研究しているカーボンナノチューブ／タンパク質複合熱電材料は、熱伝導率0.1 W/mK以下の状態も得られており、これなら1を満たします。それを紡糸して布に縫い込んだ「熱電布」は、フレキシブルで、まるでトレーナーやリストバンドのように身につけられます。これは2を満たします。

3の電圧は、低熱伝導率のために得られる十分な温度差（例えば、我々の熱電布は、屋内で片側を指で触れると5℃程度の温度差が生じます）と力業の直列数でも満たすことができると思いますが、それとは別に、我々が研究している巨大ゼーベック効果が使えるようになると、体温から1 V以上の電圧が余裕で出せます。

我々が目指しているところは間違っていない！

これが実体験として確信につながったので、4万円強の値段はリーズナブルでした。

熱電ウォッチ インプレッションその１

先日のブログで書いたように、最近、MATRIX社のPOWERWATCHという製品を入手しました。
「世界初の熱電スマートウォッチ」という触れ込みでアメリカのテクノベンチャーが売り出している製品です。日本でも発売が始まったので、先陣を切って購入しました。

余談ですが、MATRIX社のCEOであるDr. Akram Boukaiは、Caltechにおけるシリコン系熱電材料の研究でPh.Dを取得し、ミシガン大で准教授として働いていた人だそうです。また、CTOのDr. Douglas Thamも太陽電池や熱電の研究者でCaltechでPh.Dを取得しています。
日本でも優秀で元気の良い若手研究者が、このようなベンチャーを立ち上げられる環境になると良いのですが．．．

買ったのはベーシックモデルのPOWERWATCH BLACK OPSというもので、スマートウォッチという触れ込みですが、実質的にアクティビティモニターの機能だけです。スマホとの連携は、アクティビティ情報を一方的に送ったり、ファームウェアのアップデートを受け取ったりするだけの機能しかありません。

これが本体前面の拡大写真です。
 この写真では時計モードになっており、これ以外にDaily Activity、Running、Stop Watch、Watch Settingのモードがあります。
時計モードは、現時点ではこの表示のみですが、将来のファームウェアアップデートで複数のウォッチフェイスが選べるようになるそうです。

裏面の拡大写真です。
このモデルは50m防水となっています。
中央の丸い部分はアルミ製で、ここで人体から熱流を取り込むようです。
周囲の質感が異なる部分は、熱絶縁のために樹脂製になっています。ぱっと見の質感が安っぽくならないように、デザインやテクスチャーで頑張っています。

本来なら画面に向かって下側のベルトが付いてるはずの側面です。放熱のためのスリットが入っています。
このBLACK OPSというモデルでは、全体がつや消し黒になっていので一見境界がわかりにくいですが、さきほどの裏蓋周囲からベルトを固定する部分までが樹脂製、表面周囲とスリット部を含む側面の大部分が一体になっていて、こちらもアルミ製です。


つまり、裏面中央のアルミパーツで人体の熱を取り込んで、本体の上面と側面、さらにはこのスリットのアルミパーツで頑張って放熱し、温度差を稼ぐ構造になっています。熱流デザインが重要であることがわかります。

２週間程度使ってみて、まずは一般ユーザーとして感じた長所短所を挙げてみます。

長所

• 見た目よりは軽く、つけ心地は悪くない。つけて寝ても違和感は少ないレベル。
• 特にBLACK OPSの金属メッシュベルトは、軽くてしなやか。
• 充電の心配が不要。
• 反射型液晶は明るいところでの視認性が良い。
• これまでのアクティビティメーターとは異なり、体温からも活動量を計算する。
• 発電量が表示されるので、体温で発電している実感がある。

短所

• サイズがいかつい。200 m防水のダイバーウォッチ並で、仕事着の長袖シャツだと袖のボタンが留められないものがある。
• アルミケースは傷が付きやすい。１年で買い換えたくなるかもしれません。
• 機能が少なく、スマートウォッチとは言い難い。やはり通知機能は欲しい。
• 睡眠記録は、自分で寝るときと起きたときにボタンを操作するという酷い仕様。 
• つけていて冷たさを感じるときがある（これはその２で詳しく述べます）。
• 対応するスマホアプリの出来がひどい。また、シンクロさせるときの通信で頻繁にエラーがでる。

長所短所ありますが、体温発電という売りを抜きにしたら、スマートウォッチとしての価値を感じない人も多いと思います。これは、今後の改良に期待しましょう。
しかし、アクティビティモニターという機能を主役に考えるなら、比較的軽いこと、電池切れの心配がないこと、発電するついでに代謝量もある程度見積もることができることなど、メリットは大きいと思います。
現在手に入る最新の熱電材料技術、回路技術、熱設計のための材料技術を組み合わせて、この程度の値段でこれを世に出したMATRIX社に、敬意を表するところです。

上級モデルとしてPOWERWATCH Xというより高機能なモデルも近日発売されるそうです。こちらは電話着信などの通知機能も付くそうで、スマートウォッチを名乗っても違和感がないと思います。ただし、さらに大きくなるようで、日本人の平均的体格なら大きすぎて使いづらいかもしれません。

長くなりそうなので、研究者・技術者目線での感想は別の投稿で述べます。