力学的自己組織ナノコイル網による光メタマテリアルの創製
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20K20954
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 18:Mechanics of materials, production engineering, design engineering, and related fields
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| Research Institution | Akita University |
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Principal Investigator |
村岡 幹夫 秋田大学, 理工学研究科, 教授 (50190872)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2020: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
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| Keywords | ナノ材料 / 金属ナノコイル / メタマテリアル / 光学的性質 / テンプレート / 真性応力解放 |
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| Outline of Research at the Start |
可視光の波長より小さい径を有する金属コイルは、常識を超えた光学特性を示す光メタマテリアルの分散材として切望されている。しかしながら、その大量製造技術は未だ報告されていない。研究代表者は、最近、電磁波と強い相互作用を示す金属微小コイルからなる網状体を、簡便に作製できる斬新な力学的自己組織化手法を発明した。本研究では、当該コイル網のコイル径を微小化し、さらにコイルの配向技術および切断技術を開発する。これにより、大量の金属ナノコイルの分散材作製を実現し、光メタマテリアルの創製に挑戦する。たとえば自然界には存在しない高屈折率のレンズなど光メタマテリアルは光計測分野や社会生活に与えるインパクトも大きい。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，光メタマテリアル用金属ナノコイル分散材の量産技術の開発を目的に，代表者らの独自創製技術である力学的自己組織化を発展させ，可視光波長よりも小さいコイル径を有する金属ナノコイル創製法の確立を目指すことを第1の目的としている。
令和4年度では，可視光領域の光学特性が良い銀（Ag）からなる，可視光波長よりも小さいコイル径170nmのナノコイル作製に成功した。これは令和3年度までに達成した白金(Pt)からなるコイル径337nmのナノコイルに比べ，飛躍的向上といえる。本創製手法は，ポリビニルアルコール（PVA）製ナノファイバ（電界紡糸法により作製）を型材として用い，これに金属薄膜をスパッタ堆積させ，その後PVAナノファイバを加熱分解することにより，金属膜の残留応力を解放させることにより，金属膜のコイル成形を自発的に促すことを基本としている。令和4年度において，PVAナノファイバ内に触媒ナノ粒子を含有させ，熱分解を促進し，PVA残渣を除去できたことが，直径170nmのAgナノコイル作製に成功した主要因である。
また，作製したAgナノコイルは，厚さ10nmの薄膜状（リボン状）コイルを呈していること，数nmのナノ結晶粒からなる多結晶組織を有していること，コイルは左巻きと右巻きが存在し対称性が見られること，を透過型電子顕微鏡観察により明らかにした。さらに，種々の膜厚についてコイル形成の詳細を調べた結果，膜厚の減少と共に，コイル径が減少すること，その下限は約10nmであることも把握した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
令和4年度において，Agナノコイルのコイル径を200nm以下に微小化できた。これに至るまでに，当初想定したよりも時間を要してしまった。
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| Strategy for Future Research Activity |
光学特性が良好なAgを用いて，可視光波長よりも小さいコイル径を有するナノコイルの作製に成功しているので，今後は，順調に光メタマテリアルへの応用を進めることができる。
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Report
(3 results)
Research Products
(6 results)
