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Create the Future with Fibers
"繊維"で未来を編む

あらゆるモノにセンサを搭載し,大量の情報をインターネット上に接続し利活用するInternet of Things(IoT)は,第4次産業革命をもたらす技術革新として大きな注目を集めています.特にセンサは,IoTを支える最重要素子の一つです.一方で,繊維や衣服にセンサなどを編み込み新たな機能を付与したスマートテキスタイルは,従来の衣服のように違和感のない着用と生体情報のセンシングが期待され注目されています.本研究室では,スマートテキスタイルに応用可能な機能性繊維の開発と応用素子の研究に取り組んでいます.

ポリマーナノ/マイクロファイバを用いた発電型圧力センサおよびエナジーハーベスタに関する研究

ポリマナノ/マイクロファイバは,極小かつ極軽量,機械的に柔軟といったユニークな特徴を有します.さらに電気的または光学的な機能を付与することにより,これまでに世界になかった新しい極小,極軽量,フレキシブルな光電子素子を創出できる可能性があります.私達の研究グループでは,ポリマナノ/マイクロファイバを用いた圧力センサに関する研究に取り組んでいます.これまでに,フィルムでは通常圧電性を示さない安価な汎用ポリマであるポリスチレンが電界紡糸法を用いたナノ/マイクロファイバ化のみにより,高度の疑似圧電挙動を発現することを世界に先駆けて明らかにしています.本発見は,圧力センサの材料選択の範囲を広げるとともに,安価な汎用ポリマを用いることで極軽量,柔軟,優れた特性の圧力センサが安価かつ大面積で製造できる可能性を示しました.さらに,ポーリングなどの後処理を要しないため,製造工程の省工程化や省エネルギー化が期待されます.

[Ref] C. Iumsrivun, K. Matsuda, S. Ohkubo, Y. Ishii, “Variable direct electromechanical properties of as-electrospun polystyrene microfiber mats with different electrospinning conditions”, Poymers 14(9), 1840-1-1840-15 (2022)

[Ref] C. Iumsrivun, T. Yui, A. Yokoyama, Y. Ishii, “Quasistatic direct electromechanical responses from as-electrospun submicron/micron fiber mats of several polymers”, Polymer 224, 123732 (2021)

[Ref] プレスリリース,2020年6月30日,“汎用樹脂のマイクロファイバーで高度の電気機械特性を発見”

[Ref] Y. Ishii, Y.M. Yousry, T. Nobeshima, C. Iumsrivun, H. Sakai, S. Uemura, S. Ramakrishna, K. Yao“Electromechanically active as-electrospun polystyrene fiber mat: Significantly high quasistatic/dynamic electromechanical response and theoretical modeling”, Macromol. Rapid Commun. 41, 2000218 (2020)(Highlighted in Front Cover Picture).

[Ref] プレスリリース,2019年7月29日,“汎用プラスチックの極細繊維で圧力センシング-ウェアラブルな生体動作センサーや発電素子の低コスト化と省工程化に貢献-”

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無給電動作可能なファブリック型タッチ/圧力センサの開発

近年,Internet of Everythingへの注目が高まっており,医療,介護など様々な分野でのセンサの活用が期待されています.ファブリック型タッチセンサやファブリック型圧力センサは,従来の衣服や布製品との互換性が高いため着用型のタッチ/圧力センサとして期待されています.私達の研究グループでは,このなかでも無給電動作可能なファブリック型タッチ/圧力センサの開発を進めています.

[Ref] プレスリリース,2023年1月19日,“無給電動作可能なファブリック型タッチ/圧力センサを開発-糸のみを用いて1回で編みあげることが可能なタッチ/圧力センサ-”

[Ref] K. Tonomura, A. Yu, Y. Ishii, “Active signal-generating spacer-fabric-type continuous touch/pressure sensor”, Smart Materials and Structures 32(3), 035029 (2023)

[Ref] プレスリリース,2022年8月4日,“新構造のテキスタイル型圧力センサを開発 -糸のみを用いて1回で編みあげることが可能な5層構造の圧力センサ-”

[Ref] A. Yu, Y. Matsui, K. Tonomura, Y. Ishii, “Development of knitted capacitive pressure sensor with spacer fabric structure”, Mechanics of Advanced Materials and Structures, Available online, DOI:10.1080/15376494.2022.2103216

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ポリマーナノマイクロファイバを用いたガスセンサに関する研究

ガス応答性色素を添加した電界紡糸ポリスチレンマイクロファイバ膜が,優れたアンモニアガス応答性と疑似圧電特性をマルチに示すことを世界に先駆けて明らかにしました.さらに,当該色素の添加により疑似圧電特性が向上することも発見し,この向上の要因を各種実験により明らかにしました.開発したマルチセンシングマイクロファイバ膜は,柔軟性と通気性を備えたウェアラブルな軽量マルチセンサとしての応用が期待でき、例えば有害ガスにさらされる危険性のある作業者の安全性を確保するマルチセンサなどへの応用が考えられます.

[Ref] Y. Ishii, K. Sanemoto, C. Iumsrivun, “Multi-sensing dye-doped electrospun polystyrene microfiber mats”, Mater. Chem. Phys. 278, 125666 (2022)

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