2020 Fiscal Year Annual Research Report
水溶液電解法を利用した高比表面積型強磁性アモルファス合金ナノピラー電極の室温合成
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20J21925
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| Research Institution | Nagasaki University |
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Principal Investigator |
佐伯 龍聖 長崎大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| Keywords | 陽極酸化 / ナノチャネル / 電析 / 強磁性金属 / ナノワイヤー / 保磁力 / 巨大磁気抵抗 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、Alの陽極酸化により、ナノチャネル（円柱状細孔）構造を有するアルミナ製テンプレートを開発した。そして、水溶液電解法を利用して細孔内にCo等の金属を充填することで、電析金属ナノワイヤー配列素子を作製した。電析時には、陰極電流値の経時変化の測定を通して、ナノワイヤーの電析過程をモニタリングし、成長速度などの解析を行った。ナノワイヤー配列素子の結晶配向性はX線回折装置（XRD）、構成金属の組成比はエネルギー分散型X線分析装置（EDX）を用いて評価した。また、透過型電子顕微鏡（TEM）および走査型電子顕微鏡（SEM）を使用してナノワイヤーの形状や直径などの構造解析を行った。さらに、振動試料型磁力計（VSM）を用いてナノワイヤー配列素子の磁気特性を調査した。得られた研究成果は、国際学術雑誌2報において公表済みであり、以下で簡単に紹介する。
(1)アルミナ製テンプレートのナノチャネル（細孔径D約25nm, 長さL約45μm, アスペクト比L/D約1800）内にCoを定電位電析することで、Coナノワイヤー配列素子を作製した。クエン酸（錯化剤）を含む電解浴を用いた場合には、ほう酸を用いた場合と比較してナノワイヤーの成長速度が大きく抑制されることが判明した。この時、ワイヤー軸とhcp-Co結晶のc軸の方向がよく一致し、素子の保磁力は最大で2.13kOeに達した。
(2)陽極酸化電圧の制御により、様々な細孔径（35nm～130nm）を有するアルミナ製テンプレートを開発した。また、パルス電析法により、細孔径と同程度の直径を有するCo/Cu多層ナノワイヤー配列素子の作製に成功した。本研究では、ナノワイヤーの直径が素子の巨大磁気抵抗(GMR)効果に及ぼす影響を調査した。その結果、直径95nm以下において理想的なCo/Cu積層構造が観察され、最大で23.4%（直径70nm）のGMR値を達成した。
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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
本研究課題では、超高アスペクト比型ナノチャネル構造（細孔長さ/細孔径≧1000）を有するテンプレートの細孔内に、水溶液電解法を用いてCo基合金を充填することでナノワイヤー配列素子を作製し、機能性金属材料を創製することを目指している。特に、垂直磁気記録媒体などに利用可能な磁性材料や、（多数の柱状金属が配列した）高比表面積型ナノピラー電極材料などへの応用を検討している。本年度は、主に磁性材料への応用に向けた研究に取り組んだ結果、研究実績の概要（上記）に示したような成果を得ることができたため、本研究はおおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度（採用2年目）以降は、陽極酸化アルミナ製テンプレートのナノチャネル内に、耐食性や強度に優れるCo基合金（Co-Cr合金やCo-W合金など）を電析し、その後テンプレート部分のみを溶解させ除去することで高比表面積型ナノピラー電極材料としての応用を図る。
ナノチャネル内への合金電析に先立って、まずは薄膜形状に電析を行い、適切な電解条件（電解浴の浴組成や浴温, 陰極電位など）を模索する。得られた電析膜の結晶配向性は、X線回折装置（XRD）や透過型電子顕微鏡（TEM）を用いた電子線回折法によって解析する。加えて、電析膜の機械的特性を評価するために、マイクロビッカース硬さ試験機や引張試験機を駆使して、微小硬度や引張強度を測定する計画である。その後、高強度の電析膜の作製に成功した電解条件において、アルミナ製テンプレートのナノチャネル内への合金電析を試みる。
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