2021 Fiscal Year Research-status Report
ガラス内金属ナノ析出物の形状・位置制御とその工学的応用
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20K04190
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
松坂 壮太 千葉大学, 大学院工学研究院, 准教授 (30334171)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森田 昇 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (30239660) [Withdrawn]
比田井 洋史 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (60313334)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 固体イオン交換 / ガラス / 銀 / ナノワイヤ / 析出 / 形状制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，ガラス中での金属イオンの移動現象を利用して，ガラス内部に金属ナノワイヤを析出させる手法に関するものである．事前にイオン交換法によって金属イオン（本研究では主として銀を用いる）を添加したガラスに対して，添加面側に電子を供給することでイオン添加領域内部に析出物を形成した．ただし，従来の方法で形成される析出物は樹状を呈しており，自在な形状制御が困難であった．今年度は昨年度に引き続き，析出物の形状制御と微細化を目標として以下の3点に関する研究開発を実施した．
1) イオン添加領域を微小範囲に限定することで析出物の微細化を試みた．すなわちイオン添加源としてパターン状に形成した微小銀めっき膜を使用してイオン添加領域を微細化した．その結果，横方向へのイオン拡散によって添加領域は広がったものの，微細な添加領域を形成することができた．さらにその領域内部に析出物を形成した後，湿式エッチングを行うことでガラス基板に微細穴アレイを形成した．
2) 銀イオン添加を望まない領域に対して，事前にカリウムイオン添加を行い，イオン添加中の銀イオンの拡散抑制を試みた．現時点では銀イオンの拡散を完全にブロックすることはできていないが，カリウム添加領域での銀イオン添加深さを大幅に減少させることができた．
3) 析出物の成長挙動をリアルタイムで観察し，析出物形状に対する析出条件（電極形状，印加電圧，温度）の影響を検討した．その結果，自在な形状制御とは言えないものの，成長方向の制御や樹状分枝の抑制が可能となった．
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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
析出物の形状に対する析出条件の影響を検討した結果，樹状・針状結晶以外の形状創出が可能となった．これにより，析出物周囲の電場や温度と形状との関係についての見通しを得ることができたため．
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度は以下の方針に沿って研究を進める方針である．
1) 実験結果の再現性を向上させ，これまでに得られた各種の析出物形状の支配要因を把握するとともに，所望の析出物を得るために周囲の温度，電場等が満たすべき条件を明確化する．
2) 前年度に引き続き，レーザ局所加熱による析出物の成長方向制御を行い，任意の位置・方向に析出物を形成・誘導可能な手法を確立する．
3) 銀やナトリウムのイオン拡散に対するカリウムイオン添加の影響を明らかにし，イオン拡散の2次元数値解析手法を併用しながら，銀イオン添加領域の広がり抑制手法を確立する．
4) 絶縁破壊(DB)モデルに基づく析出物成長プロセスの数値解析において，析出確率パラメータに対する温度や電場の影響を明確化し，解析手法の高度化を図る．
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| Causes of Carryover |
当初の計画で購入を予定していた局所加熱用のレーザ発振器について，所属研究室の別プロジェクトで所有している発振器を借用することができており，現在，要求仕様の検討を継続している．その結果に基づき，適切と思われる仕様を決定した上で，次年度に購入を検討したい．
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