2020 Fiscal Year Research-status Report
エアロゾルデポジションによるハイブリッド複合膜の創製
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19K04477
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
佐藤 祐喜 同志社大学, 理工学部, 教授 (20512693)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | エアロゾルデポジション / スズドープ酸化インジュウム(ITO) / ハイブリッド複合膜 / 透明導電性薄膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
エアロゾルデポジション(AD)法は、常温下で結晶性セラミックス薄膜を形成できる画期的な技術である。この成膜技術の最大のメリットは、原料微粒子の結晶構造や物理的な性質を保持したまま常温で薄膜化できる点にある。成膜のメカニズムは”常温衝撃固化現象”と呼ばれる基板と原料微粒子との衝突・粉砕時のメカノケミカル反応にあると一般的に考えられている。本研究では、数μm径の２種類の結晶性微粒子を同時に供給して堆積された薄膜は10nm程度に微粉砕された微結晶から構成された時、微粉砕粒子間の相互作用による新たな機能の発現を目指した。
液晶ディスプレイなどで用いられているスズドープ酸化インジュウム(Indium Tin Oxide: ITO)微粒子を用いてAD法により薄膜形成を行った。ITO薄膜形成は一般的にスパッタ蒸着法等が用いられるが、AD法では常温下で成膜ができるためにガラスのみならず、PET等の融点の低い材料系へも成膜可能である。一方、希少金属であるInを含むため、Inの使用量を減らしつつ、高い電気伝導度・可視光透過性を保持した薄膜形成を目指した。その一つとして、天然に大量に存在し、可視光透過率が高く、機械的強度の高いアルミナ微粒子をITO微粒子に徐々に混ぜて成膜を行い、その電気的特性と可視光透過性を評価した。
ITO微粒子100%の状態から徐々にアルミナ微粒子を添加すると、可視光透過率はアルミナを混合してもスパッタ法等で作製された市販品のITO薄膜と同程度の透過率を示した。一方、電気伝導度に関しては、絶縁体であるアルミナ微粒子が66%程度混入されるまでは、ITOが100%の薄膜と同程度であった。また、それ以上のアルミナ混合率で急激に電気伝導度が低下した。この結果は希少金属であるInの使用量を1/3程度削減でき、アルミニウムを混合することでより機械的強度の高い薄膜を形成することができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
令和元年度に装置の故障に伴い、装置自体に大幅な狂いが生じた。そのために過去の実験の再現性を取るための微調整に大きな時間を要してしまった。令和元年度末には、ほぼほぼ装置も復旧し安定的に成膜ができるようになった矢先に、コロナ禍により、4月から入校禁止措置により実験が完全にほぼ半年ストップしてしまった。9月以降入校制限の緩和等により、制限下での入校・実験再開が認めれたが、研究計画の大幅な遅れ、物品等の購入不可、納入遅れにより研究計画の見直しを余儀なくされた。
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| Strategy for Future Research Activity |
２種類の原料微粒子混合によりアルミナを混合しても電気伝導度を保持し、可視光透過率が高く、機械的強度も高い膜が得られている。一方スパッタ法で作成したITO薄膜と較べるとAD法で作成した薄膜は電気伝導度は１桁低い状況にある。これは破砕された結晶性微粒子同士の粒界が電気伝導を妨げているものと考えており、電気伝導に関してはAD法で作製する薄膜では避けることのできない問題であると考えている。この粒界抵抗の低減化を計るために、ITO微粒子内のドーパントであるスズの混合料依存性、原料ITO微粒子、アルミナ微粒子の原料時の粒子径の依存性の評価を始めた。X線回折装置を用いたWilliam-Hallプロットを用いた薄膜を形成する粉砕微粒子の粒子径と歪みの定量的な評価を始めている。また、成膜時の加速状況、つまり、粉砕された微粒子の粒径と可視光透過率の関係も明らかになりつつある。
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| Causes of Carryover |
2019年度の装置の故障及びその復旧に予想外の時間を要したため、申請していた装置の改造を行うことができなかった。装置の復旧が終了した2020年度から申請していた装置の改造を行う予定でいたが、2020年度春からコロナ禍による装置メーカー技術者との打ち合わせや構内への入校制限により、入校制限が開けた後も京都府下の再緊急事態宣言など、今後の見通しが立っていない状況にある。打ち合わせや現物調整の必要な装置の改造から、研究進展に必要な規格の明瞭な計測器等への用途変更を視野に入れて研究を進める予定でいる。
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