2011 Fiscal Year Research-status Report
マルチスケールセルフアセンブリによるナノ複合構造の創製と力学特性評価
| Project/Area Number |
23656089
|
|---|
| Research Institution | Osaka University |
|---|
Principal Investigator |
平方 寛之 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40362454)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2011-04-28 – 2013-03-31
|
| Keywords | ナノ構造 / セルフアセンブリ / マイクロ材料力学 |
|---|
| Research Abstract |
自己組織化現象を利用した構造作製（セルフアセンブリ）によって多様な形態を持つナノメートルスケールの3次元構造を作製することができる。本研究では、規則的に配列したナノ構造要素を原子レベルから組み立てる動的斜め蒸着法と、液架橋力を利用してナノスケールの要素を集積させる粒子自己集積化法に着目し、これら2つの階層のセルフアセンブリを融合したマルチスケールセルフアセンブリによって、従来の材料では発現し得ない高い強度・力学特性と他の物理・化学特性を兼ね備えた新規ナノ複合構造を創製するとともに、そのユニークな機械的特性を明らかにすることを目的とする。 本年度は、まず、動的斜め蒸着法を用いて二酸化シリコン（SiO2）のナノ構造配列（傾斜コラム構造）を作製した。とくに、後に集積する粒子径（約100 nm）に対するコラム径とコラム間隔を最適に制御するため、予め集束イオンビームを用いて基板表面に成長の核となる規則的に配列した凹凸構造を作製し、その上にナノ構造配列を成長させた。これによりコラムの直径と間隔を制御したナノコラム構造を作製した。 つぎに、作製したナノ構造配列に、ナノ粒子を規則的に自己集積化させる技術を確立した。傾斜させた基板を、ナノ粒子を分散させた液体から引き上げる過程で、ナノ構造に対する液位が低下し、片側から順に液体表面がナノ構造に到達する。液体表面近傍で数密度が増加したナノ粒子とナノ構造との間にはキャピラリー力が働くことから、ナノ粒子は順にナノ構造の隙間へと引っ張られる。条件を変えた検討の結果、コロイド溶液の粒子濃度により、集積する粒子の密度を、溶媒の種類（純水とIPA）により粒子の集積位置を制御できることを明らかにした。これにより、ナノコラムとナノ粒子からなる新規複合構造を創製することができた。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
交付申請書の計画通り、(1)動的斜め蒸着によるナノ構造配列の作製、および(2)ナノ構造配列に対するナノ粒子集積技術の構築を実現することができた。その成果は、国内会議（第55回日本学術会議材料工学連合講演会）で講演発表するとともに、国際誌（Journal of Physics D: Applied Physics）にて論文発表した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
現有の静電力負荷方式の微小荷重力学試験装置を用いて、ダイヤモンド圧子を用いた負荷実験を実施する。粒子を集積していないSiO2ナノ構造配列、およびナノ複合構造に対する評価実験を実施し、比較検討することによって、ナノ粒子集積による高強度化の効果を解明する。試験後のナノ複合構造を、走査型電子顕微鏡を用いて観察し、変形・破壊機構を解明する。また、得られた実験・観察結果を基に本構造をモデル化し、ナノ粒子とナノ構造の相互作用を考慮した有限要素法による力学解析を行い、ナノ複合構造の変形と強度を支配する力学について総合的な検討を行う。
|
| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
研究を進めていく上で必要に応じて研究費を執行したため当初の見込み額と執行額は異なったが、研究計画に変更はなく、前年度の研究費も含め、計画通りに進めていく。次年度は、主に特性の負荷用圧子の作製、有限要素法解析コード、および材料費として使用する。
|
