2018 Fiscal Year Research-status Report
Challenge to create catalytic tool without any metallic elements
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18K18808
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
有馬 健太 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (10324807)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2021-03-31
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| Keywords | グラフェン触媒 / 半導体表面 / 触媒アシストエッチング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、カーボン（C）系の新材料である、グラフェンの化学的な触媒活性（酸化促進能）を活用した新たな概念に基づく”化学触媒工具”を創出することである。そして、これを用いた表面創成プロセスを実証することを目指し、研究を進めている。
本年度はまず、原子構造が制御された高性能グラフェン触媒の合成を試みた。具体的には、市販の酸化グラフェン溶液を用いて、強還元剤（ヒドラジン）を用いた液相処理や、アンモニア溶液中での水熱合成プロセスを試みた。これにより、還元の度合いや、窒素（N）原子のドープ位置（ピリジンサイト、ピロールサイト等）・濃度が異なる、複数種類の還元グラフェンシートを得た。さらに、走査型プローブ顕微鏡（走査型トンネル顕微鏡、原子間力顕微鏡）を用いて、得られたシートの原子構造を解析するための評価手法を獲得した。そして、還元グラフェンシートは、酸化領域と還元領域が混在し、エッジの特異な電子状態がシート内部まで浸透した、複雑な原子構造及び電子状態を取ることを明らかにした。また、シートを半導体表面上に分散・形成し、加工液中に浸漬させることにより、エッチング実験を行った。そして、エッチング速度の加工液温度依存性を取得し、触媒プロセスの活性化エネルギーを定量的に調査した。
本研究が進めば、、機械的な加工面ダメージや、金属汚染を除去するための高濃度薬液による後処理が不要な、全く新しい低損傷・省資源型の表面創成法になると期待される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
異なる手法を用いることにより、違った特徴のカーボンネットワークを持つグラフェン触媒を形成することができた。また、当初予定していたグラフェン触媒の構造解析や、これらのシートを離散的に半導体表面に散布・形成し、液中に浸漬する加工実験も順調に進めることができた。そして、グラフェンシートが、半導体表面のエッチングを促進する触媒として機能することを確認すると共に、その基礎的な特性を評価することもできた。
以上により、おおむね順調に進展していると判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度までに得られた成果をさらに発展させ、グラフェンシートの還元の度合いや、Nドーピングの濃度やドーピングサイトがエッチングレートに与える影響を明らかにしていきたいと考えている。この実験項目は、グラフェン触媒をパーツとして被加工材料表面上にパターン形成し、所望の領域を高い制御性で加工する、新しいマイクロ～ナノ領域の加工プロセスへと発展させていく上で、必要不可欠であると考えている。
これらを遂行することにより、本研究で最終的に目指している、グラフェン触媒を搭載した化学触媒工具による表面創成プロセスの実証へと繋げていきたい。
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| Causes of Carryover |
当初予定していた各種消耗物品について、周辺の遊休品を有効活用することにより、新規に購入する必要が無くなった。そのため、次年度使用額が発生した。一方で、多数回の実験により半導体基板やプローブ顕微鏡関係の消耗物品が少なくなっている。今年度に残った助成金については、翌年度分と合わせて、消耗物品の購入やクリーンルーム設備の利用料として使用することを予定している。
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