2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of metal/oxide multilayer films showing self-propagating exothermic reaction with controllable heat generation performance
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15K04626
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
井上 尚三 兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (50193587)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 多層薄膜 / スパッタリング / 自己伝播発熱反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Al-Niに代表されるある種の多層薄膜は、微小なエネルギを与えると発熱を伴った金属間化合物の生成反応が誘起して薄膜全体に伝播する。我々は、このような多層膜の局所的・瞬間的加熱を癌細胞の温熱治療等の医療分野で応用することを目指し、生体不適合金属を含まない自己伝播発熱反応材料としてTi-Si系多層薄膜に注目している。しかし、Ti-Si多層薄膜はその高すぎる反応性の制御が課題となっていた。本研究は、Si層の代わりにSiOx層を用いることで、発熱量、反応誘起に必要なエネルギ等を制御し、用途に応じた材料設計を可能にすることを目的としている。
本研究では、純Ti及び2種類のSiOxターゲット（酸素含有量23及び13at%）を用いた２源スパッタ装置により種々のTi/SiOx多層薄膜を作製し、各種パラメータが発熱特性に及ぼす影響について調査した。本研究の条件でこれらのSiOxターゲットから作製した薄膜のO組成xは、それぞれ0.54および0.25であった。一層対厚さを100nm、総膜厚を2μmで一定とした場合、スパークによって自己伝播反応を生じるTi組成（酸素を除くTi:Si比）はTi/Si多層膜では22～63at%Tiであったが、Si層をSiO0.25にすると30～63at%Ti、SiO0.54にすると50～63at%Tiのように反応可能な領域が狭くなった。なお、SiO0.25程度の酸化度合いでは反応性の低下は限定的で機械刺激による反応も生じたが、SiO0.54まで酸化度合いを高めると機械刺激では反応が生じなくなった。また、SiOx層の酸素組成によらずTi組成が63at%付近の多層膜が最も激しい反応を示し、反応後はTi5Si3を生成していた。このTi組成の多層膜の単位質量当たりの発熱量は、Si層の酸化度合いによらず同程度であることもわかった。Ti/SiOx多層膜については反応後にSiO2も生成しており、その反応熱も寄与していると考えられる。以上の結果は、Si層の酸化によって発熱量を保ったまま反応性を制御できることを示しており、初期の目標は達成された。
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