2018 Fiscal Year Annual Research Report
Inkjet Printing for Design of Shape and Function of Thin Film Metallic Alloys
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16K05968
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
青野 祐子 東京工業大学, 工学院, 准教授 (20610033)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ナノ粒子 / 気相合成 / 卑金属材料 / 薄膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ナノ粒子インクによる合金薄膜印刷技術を実現するため，卑金属材料のナノ粒子合成方法について研究を行った．本研究では，パルスアークプラズマ蒸着（PAD）法によりプラズマ化した金属を液中で捕捉することで，多様な金属ナノ粒子を大量合成可能にする生成手法を検討した．本手法は，原理的に多様な金属微粒子への展開が可能であると期待される．捕捉溶媒として，真空中で捕捉するため低蒸気圧であるポリエチレングリコール(PEG)を用いた．
Fe微粒子生成を試みた結果，100nm以下のナノ粒子の存在は確認されず，300-500nm程度の粒子の存在が確認された．この粗大粒子の生成量は，充電電圧を高くすると増加する．また照射距離の違いによっても生成量が変化し，生成量が最大になる照射距離が存在した．これは，距離によりPEG到達時のプラズマ密度が変化するためである．
基板上に蒸着する場合には，粒径数nm程度のFe粒子が生成されるが，PEG中ではこれが観察されない原因として，プラズマ化し活性なままPEG中に照射されたFeの多くが，PEG中でイオンとなる，またはPEGと化合物を形成していると考えた．そこでHよりもイオン化傾向の小さいCu微粒子の生成実験を行った結果，粒径数nm程度のCu微粒子の生成に成功した．
イオン化傾向の大きい卑金属材料微粒子を生成する方法として，溶媒との反応を防ぐため，PEG到達前に急冷によりナノ粒子を生成することを検討した．通常，PADは高真空中でプラズマを生成するが，冷却のためArガスを圧力200Paまで充填した．その結果数十nm程度の粒子の生成に成功し，卑金属のナノ粒子生成が可能となることを示した．今後，本手法で生成した複数のナノ粒子をベースとし，合金薄膜の合成技術へと展開する．
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