Research

Flexible/Stretchable Devices
Self-healing metal wire 配線に生じたき裂の位置や大きさを知らずとも、電圧を印加するだけでき裂を自ら修復する電気配線を実現した。金属配線を金属ナノ粒子分散液で覆った構造において、き裂が生じた配線に電圧を印加すると、き裂にのみ生じる電解によってき裂付近の粒子に誘電泳動力が生じ、粒子がき裂にトラップされ、配線が電気的に修復される。
We proposed a self-healing metal wire using metal nanoparticles. The cracked wire is covered by metal nanoparticle solution. Applying a voltage to the cracked wire, the nanoparticles near the crack experience a dielectrophoresis force due to the electric field generated in the region of the crack only. The cracked wire is connected by the nanoparticles trapped in the crack.

金属ナノ粒子の誘電泳動を用いたき裂の修復の概要図

伸縮電子デバイス内の配線に生じたき裂の修復


References:

  • 岩瀬英治, 古志知也, “自己修復型金属配線の開発とウェアラブル機器への応用可能性,”in “ウェアラブルデバイスの小型、薄型化と伸縮、柔軟性の向上技術,” pp. 146-154 (第2章 第6節), 技術情報協会, December 25, 2015. [ISBN: 978-4861046063]
  • Tomoya Koshi, Yuta Nakajima, Eiji Iwase, “Voltage and Current Conditions for Nanoparticle Chain Formation using Dielectrophoresis,” Micro & Nano Letters, 2017. (accepted) [DOI: 10.1049/mnl.2017.0125]
  • 古志知也, 岩瀬英治, “金属ナノ粒子の電界トラップを用いた自己修復型金属配線の粒径依存性, Particle Size Dependence on Self-Healing Metal Wire using an Electric Field Trapping of Metal Nanoparticles,” 日本機械学会論文集, vol. 82, no. 834, 15-00470, February 25, 2016. [DOI: 10.1299/transjsme.15-00470]
  • Tomoya Koshi, Eiji Iwase, “Self-Healing Metal Wire using Electric Field Trapping of Metal Nanoparticles,” Japanese Journal of Applied Physics, vol. 54, no. 6S1, 06FP03 (6 pages), April 21, 2015. (selected for Spotlights [Link1], MNC 2014 Outstanding Paper [Link2], Highlights of 2015 [Link3]) [DOI: 10.7567/JJAP.54.06FP03]
Optical Devices
MEMS scanner ミラー専有面積が大きく多自由度駆動可能なMEMSスキャナを実現した。このMEMSスキャナは異なる複数の共振モードを有する単一の支持梁を利用している。3つの共振周波数の信号を重ね合わせることで、単一の入力信号で3次元の駆動を可能としている。
We proposed MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) scanner with large mirror region ratio and malti-axis scanning. We used a single pair of beams with different resonant modes. The MEMS scanner can be driven by a single superposed signal of three resonant frequencies.

単一の支持梁で多自由度駆動が可能なMEMSスキャナの構造

各共振モードにおけるMEMSスキャナの振動


References:

  • Toshiya Nagasawa, Yohei Oguchi, Eiji Iwase, “Operation of Three-Dimensional MEMS Mirror by Single Superposed Driving Signal,” Japanese Journal of Applied Physics, vol. 56, 06GN12 (5 pages), May 18, 2017. [DOI: 10.7567/JJAP.56.06GN12]
  • 小口陽平, 飯野知紗, 岩瀬英治, “1対の支持梁による3次元駆動MEMSスキャナの形状設計, The Design of MEMS Scanner for the Three Dimensional Actuation with a Pair of Beams,” 電気学会論文誌E, vol. 136, no. 10, pp. 448-453, October 1, 2016. [DOI: 10.1541/ieejsmas.136.448]
Structural color display 発色の低視野角依存性および高反射効率・発色構造全体の薄さなど、反射型のディプレイへの応用も期待できる性質を有しているモルフォ蝶の鱗粉の発色は色素によるものではなく、構造色と呼ばれる可視光波長オーダの繰り返し構造によって生じる発色であることが知られている。単純な多層膜干渉等では説明できない特性をもつ発色機構を人工的に再現した。また、色素と構造色の発色特性の違い・物体表面の光学特性の評価手法・構造発色デバイスの設計手法を明らかにした。
The male butterfly Morpho didius displays a brilliant blue color with a less viewing angle dependence. It is known that this coloring does not come from pigments but from the surface micro/nano-structure in the wing. Structural-coloring based on a multilayer interference has a viewing angle dependence, but the structural-coloring of Morpho didius has a less viewing angle dependence. By analyzing the coloring mechanisms, We achieved a structural-color display with a less viewing angle dependence. We have fabricated the structures which display different bright structural-colors.

モルフォ蝶の発色の低視野角依存性

鱗粉表面の微細構造

Micro-assembly
Magnetic self-assembly 磁石の上に砂鉄が立つことの原理である形状磁気異方性モーメントを用いることで、基板上に多数配列したマイクロ構造を折り紙を折るように組み立てる手法を実現した。磁性体材料の体積や折り曲げ部の剛性を設計することにより、4段階の順序組立てを実現した。
We have developed a three-dimensional (3-D) microstructure assembly using an external magnetic field. An external magnetic field perpendicular to a substrate lifts up a hinged structure due to the shape magnetic anisotropy. This method can assemble 3-D structures from 2-D structures similar to “Origami (paper folding)”.

形状磁気異方性モーメントを利用した微小3次元構造の組立て

4段階の順序組立て(順番通りに起き上がらないと組み立たない構造)


  


References:

  • Eiji Iwase, Isao Shimoyama, “A Design Method for Out-of-Plane Structures by Multi-Step Magnetic Self-Assembly,” Sensors and Actuators A-Physical, vol. 127, no. 2, pp. 310-315, March, 2006. [DOI: 10.1016/j.sna.2006.01.025]
  • Eiji Iwase, Isao Shimoyama, “Multi-Step Sequential Batch Assembly of Three-Dimensional Ferromagnetic Microstructures with Elastic Hinges,” Journal of Microelectromechanical Systems, vol. 14, no. 6, pp. 1265-1271, December, 2005. [DOI: 10.1109/JMEMS.2005.851814]
  • 岩瀬英治, 下山勲, “磁気異方性を用いた3次元微小構造群の一括順序組立て, Sequential Batch Assembly of 3-D Microstructures by Using a Magnetic Anisotropy and a Magnetic Field,” 電気学会論文誌E, vol. 123, no. 7, pp. 224-230, July, 2003. [DOI: 10.1541/ieejsmas.123.224]
Stamping transfer method ある基板上で作成したMEMS構造を別の基板上へ転写するスタンピング転写という手法を用いてMEMSデバイスを製作した。これは、同一の基板では製作が困難である異種材料を統合したデバイスや、フレキシブルな基板上にシリコンの3次元構造体を作り込んだデバイスなど、他の手法では製作が困難であるMEMSデバイスが実現でき、非常に有用な手法である。
We have proposed an integration method of heterogeneous MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) structures by using liftoff and stamping transfer methods with a PDMS (poly-dimethylsiloxane) sheet. This is a strong method for assembling 3-D structures, integrating heterogeneous materials, and fabricating flexible devices.

2回のスタンピング転写によりシリコン基板上に作成した微小3次元構造

多色フレキシブルLEDディスプレイ(フレキシブル基板上に異なる発色のLEDベアチップを配置している)

フレキシブル触覚センサシート(フレキシブル基板に薄膜シリコン触覚センサをスタンピング転写し埋め込んでいる)


References:

  • Kentaro Noda, Hiroaki Onoe, Eiji Iwase, Kiyoshi Matsumoto, Isao Shimoyama, “Flexible Tactile Sensor for Shear Stress Measurement using Transferred Sub-μm-thick Si Piezoresistive Cantilevers,” Journal of Micromechanics and Microengineering, vol. 22, no. 11, 115025, October 8, 2012. [DOI:10.1088/0960-1317/22/11/115025]
  • Hiroaki Onoe*, Akihito Nakai*, Eiji Iwase*, Kiyoshi Matsumoto, Isao Shimoyama, “Temperature-Controlled Transfer and Self-Wiring for Multi-Color LED Arrays,” Journal of Micromechanics and Microengineering, vol. 19, no. 7, 075015, July, 2009. (*: equal contribution) [DOI: 10.1088/0960-1317/19/7/075015]
  • Hiroaki Onoe, Eiji Iwase, Kiyoshi Matsumoto, Isao Shimoyama, “Three-Dimensional Integration of Heterogeneous Silicon Micro-Structures by Liftoff and Stamping Transfer,” Journal of Micromechanics and Microengineering, vol. 17, no. 9, pp. 1818-1827, September, 2007. [DOI: 10.1088/0960-1317/17/9/010]