光放射圧ポテンシャルによる局所化を用いたサブ100nm分解能金属3次元構造創成

• 研究課題/領域番号: 17H04900
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 生産工学・加工学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 道畑 正岐 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (70588855)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 23,790千円 (直接経費: 18,300千円、間接経費: 5,490千円); 2019年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円); 2018年度: 8,840千円 (直接経費: 6,800千円、間接経費: 2,040千円); 2017年度: 8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円)
• キーワード: 光圧 / 付加製造 / インプロセス / ベッセルビーム / 光ピンセット / 付加加工 / 光放射圧 / 金属ナノ粒子 / 光放射圧ポテンシャル / ナノ加工 / ハイスピードカメラ / レーザ加工 / 回折限界 / 金属微細構造

研究成果の概要

本研究では、電場強度勾配によって形成される光放射圧ポテンシャルに着目した新規のマイクロナノスケールの付加加工技術を提案する。本研究課題では、その加工原理の検証を行なった。マイクロ粒子を直径10μm程度の水滴内に混入させ、その水滴群を光放射圧によって引き寄せ、集積加工を行う。ベッセルビームを用いてその実験を行なった結果、直径1μmのシリカ微粒子を縦一列に構造化することができ、本研究で提案する手法の原理を検証することができた。ただし、集積過程を観察した結果、液滴の供給方法に課題が残り、今後は液滴供給についての新たな手法について検討する必要があることがわかった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

光放射圧を用いた集積加工技術はこれまでに提案されておらず、このような空気中でマイクロ/ナノスケールの複雑構造を加工できる技術が構築されれば、これまでにない機能を持った製品製造が期待できる。本研究では、その加工原理の検証を行うことができ、今後の新しい加工技術の発展に向け貢献が期待できる。

研究成果

• [雑誌論文] Micro-scale Additive Manufacturing Using the Optical Potential Generated by a Bessel Beam (2020)
  • 著者名/発表者名: Michihata Masaki、Yokei Makoto、Kadoya Shotaro、Takahashi Satoru
  • 雑誌名: Nanomanufacturing and Metrology 巻: 3 号: 4 ページ: 292-298
  • DOI: 10.1007/s41871-020-00079-y
  • 査読あり
• [雑誌論文] ベッセルビームの光放射圧ポテンシャルを用いたマイクロスケールAdditive Manufacturingの加工原理検証 (2019)
  • 著者名/発表者名: MICHIHATA Masaki、HAYASHI Masahiro、YOKEI Makoto、TAKAMASU Kiyoshi、TAKAHASHI Satoru
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集 巻: 85 号: 880 ページ: 19-00244-19-00244
  • DOI: 10.1299/transjsme.19-00244
  • NAID: 130007772974
  • ISSN: 2187-9761
  • 査読あり
• [雑誌論文] Surface Imaging Technique by an Optically Trapped Microsphere in Air Condition (2018)
  • 著者名/発表者名: Michihata Masaki、Kim Jonggang、Takahashi Satoru、Takamasu Kiyoshi、Mizutani Yasuhiro、Takaya Yasuhiro
  • 雑誌名: Nanomanufacturing and Metrology 巻: 1 号: 1 ページ: 32-38
  • DOI: 10.1007/s41871-018-0004-0
  • 査読あり
• [学会発表] 光放射圧ポテンシャルに基づく3次元微細構造加工に関する基礎的研究(第4報) -ハイスピードカメラによる加工原理の検討- (2020)
  • 著者名/発表者名: 代慶 真，道畑正岐，高増 潔，高橋 哲
  • 学会等名: 2020年度精密工学会学術講演会春季大会
• [学会発表] 光放射圧ポテンシャルに基づく3次元微細構造加工に関する基礎的研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 道畑正岐，代慶 真，門屋祥太郎，高増 潔，高橋 哲
  • 学会等名: 日本機械学会 2020年度年次大会
• [学会発表] Optical trapping of airborne droplet for laser fabrication of 3-dimensional structure based on optical trapping potential using radially polarized beam (2019)
  • 著者名/発表者名: Yokei Makoto, Masahiro Hayashi, Masaki Michihata, Kiyoshi Takamasu, Satoru Takahashi
  • 学会等名: Optical Technology and Measurement for Industrial Applications Conference(OPTM)
  • 国際学会
• [学会発表] Experimental investigation on laser additive processing method for nanostructures based on optical trapping potential (2019)
  • 著者名/発表者名: Yokei Makoto, Masahiro Hayashi, Masaki Michihata, Kiyoshi Takamasu, Satoru Takahashi
  • 学会等名: 8th International Conference of Asian Society for Precision Engineering and Nanotechnology (ASPEN),
  • 国際学会
• [学会発表] 光放射圧ポテンシャルに基づく3次元微細構造加工に関する基礎的研究(第2報) -ラジアル偏光ビームを用いた空気中ミスト粒子の光トラップ効率の向上- (2019)
  • 著者名/発表者名: 代慶 真，林 政洋，道畑正岐，高増 潔，高橋 哲
  • 学会等名: 2019年度精密工学会学術講演会春季大会
• [学会発表] 光放射圧ポテンシャルに基づく3次元微細構造加工に関する基礎的研究(第3報) -液滴を用いた構造化原理の実験的検討- (2019)
  • 著者名/発表者名: 代慶 真，林 政洋，道畑正岐，高増 潔，高橋 哲
  • 学会等名: 2019年度精密工学会学術講演会秋季大会
• [学会発表] Basic study on laser additive processing for nanostructures based on optical trapping potential (2018)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Hayashi, Masaki Michihata, Kiyoshi Takamasu, Satoru Takahashi
  • 学会等名: ICPE2018
  • 国際学会
• [学会発表] 光放射圧ポテンシャルに基づく3次元微細構造加工に関する基礎的研究 －ナノ粒子の２次元局所化性能の評価－ (2018)
  • 著者名/発表者名: 林 政洋，道畑正岐，高増 潔，高橋 哲
  • 学会等名: 第12回日本機械学会生産加工・工作機械部門講演会
• [学会発表] 光放射圧ポテンシャルに基づく3次元微細構造加工に関する基礎的研究 (第1報) -ベッセルビームによる加工原理検討に向けた装置開発- (2018)
  • 著者名/発表者名: 林 政洋，林 晃平，道畑正岐，高増 潔，高橋 哲
  • 学会等名: 2018年度精密工学会学術講演会春季大会
• [学会発表] 光放射圧ポテンシャルによる局所化を用いた金属三次元微細構造創成 - 金属ナノ粒子局所化の確率解析 - (2018)
  • 著者名/発表者名: 林 晃平，林 政洋，道畑正岐，高増 潔，高橋 哲
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [備考]
  • URL: https://sites.google.com/site/masakimichihata/