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フェムト秒レーザ液中還元に基づく微粒子集積固化現象の解明と制御指針の構築

研究課題

研究課題/領域番号 19H02474
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分26050:材料加工および組織制御関連
研究機関山形大学

研究代表者

西山 宏昭  山形大学, 大学院理工学研究科, 准教授 (80403153)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円)
2022年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2021年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2020年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2019年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
キーワード超短パルスレーザー / ナノ材料 / 光熱変換 / レーザー描画 / ナノ粒子 / 集積 / アセンブリ― / フェムト秒レーザー / アセンブリー / 多光子反応 / マイクロバブル
研究開始時の研究の概要

超短パルスレーザーを用いた溶液中での特異な微粒子集積固化現象についてその機構解明と制御指針の獲得に取り組む.同現象は,従来のレーザー加工では適用が困難な非感光性材料について,レーザー直接描画でマイクロパターンを形成することを可能とし,極めて広い被加工材料選択性と高い応用性を持つ.このレーザーによる微粒子集積固化機構に深く関わると推定されるマイクロバブルの役割を明確化し,新しいレーザー加工プロセスの原理を構築する.

研究成果の概要

従来マイクロ配線は,リソグラフィやエッチングなどの廃液の多い工程を経て作製するか,インクジェットで廃液は少ないが微細ではない配線を作るかが多い.これに対して,我々は,光照射だけで多様な機能性材料についてマイクロ配線を形成する手法を開発している.この手法はレーザー集光部で起こる特異現象の発見に端を発しており,本研究ではこの手法の高度化を目指し,なぜそのような現象が起こるのかについて調べた.高速度カメラでの集光部の詳細な観察と伝熱解析は我々の提案機構の妥当性を指示していた.集光部では大きな時間差を有する2つの現象が進行しており,それに基づきプロセスを大幅に高速化する新手法へと展開した.

研究成果の学術的意義や社会的意義

研究成果の学術的意義として,従来のレーザー直接描画手法の原理的課題ともされてきた適用材料の制限を克服し得る特異現象について,集光部で起こる光化学反応とそれを起点として誘起される流体現象の関係を明らかにした.いずれか一方だけの現象はこれまでも多く報告されており,ある意味で事前に現象を予測することも可能だが,この複合現象は当初,機構の推定が二転三転して解明には時間を要した.ただ,この機構解明を通して,廃液がほぼなく光照射だけで,多様な機能性材料についてマイクロ配線を高速で描く手法を開発することができ,これは脱炭素や効率的なエネルギー利用に役立つといった社会的意義に繋がったと考える.

報告書

(5件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2022 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 3件、 招待講演 5件) 産業財産権 (2件) (うち外国 1件)

  • [雑誌論文] レーザー二光子還元反応を起点とした機能性微粒子 の集積体形成2022

    • 著者名/発表者名
      西山宏昭
    • 雑誌名

      光学

      巻: 51 ページ: 75-79

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Femtosecond laser writing of plasmonic nanoparticles inside PNIPAM microgels for light-driven 3D soft actuators2020

    • 著者名/発表者名
      H. Nishiyama, S. Odashima, S. Asoh
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 28 号: 18 ページ: 26470-26480

    • DOI

      10.1364/oe.399440

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Multiphoton photoreduction for dual-wavelength-light-driven shrinkage and actuation in hydrogel2020

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Mizuguchi, Yo Nagano, Hiroaki Nishiyama, Hiroaki Onoe, Mitsuhiro Terakawa
    • 雑誌名

      Optical Materials Express

      巻: 10 号: 8 ページ: 1931-1931

    • DOI

      10.1364/ome.399874

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Versatile direct laser writing of non-photosensitive materials using multi-photon reduction-based assembly of nanoparticles2019

    • 著者名/発表者名
      H. Nishiyama, K. Umetsu, K. Kaito
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 9 号: 1 ページ: 14310-14310

    • DOI

      10.1038/s41598-019-50630-1

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] フェムト秒レーザー粒子集積プロセスにおける 集光部近傍の伝熱解析2022

    • 著者名/発表者名
      西山宏昭,沼田洸,青山昌央
    • 学会等名
      第70回春季応用物理学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 二段階フェムト秒レーザー照射による 非感光性粒子集積体のライン描画2022

    • 著者名/発表者名
      西山 宏昭,松本 春加,大森 隆史
    • 学会等名
      第70回春季応用物理学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 二光子還元反応を起点としたレーザー集積固化プロセスにおける周辺対流の直接観察2022

    • 著者名/発表者名
      西山宏昭,奈良尚悟
    • 学会等名
      第83回秋季応用物理学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Nonlinear light-based controls of bottom-up assembly toward direct laser writing beyond material limitation2021

    • 著者名/発表者名
      H. Nishiyama
    • 学会等名
      理研光量子工学研究センター71st RAP seminar
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] フェムト秒レーザー照射によるマイクロゲル内への位置選択的Agナノ粒子導入と 光駆動変形特性2021

    • 著者名/発表者名
      西山宏昭,阿相克
    • 学会等名
      バイオオプティクス研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Femtosecond laser direct writing of layered pure hydroxyapatite based on nanoparticle assembly2021

    • 著者名/発表者名
      H. Nishiyama, S. Nara
    • 学会等名
      MNC2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Direct laser writing of non-photosensitive materials using femtosecond laser microbubble-based assembly2021

    • 著者名/発表者名
      H. Nishiyama, K. Kimura, K. Umetsu
    • 学会等名
      LPM2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 材料感光性に制限されないバブル駆動レーザー微細描画プロセス2021

    • 著者名/発表者名
      西山宏昭
    • 学会等名
      第41回レーザー学会年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Versatile direct laser writing of non-photosensitive materials using multi-photon reduction-based assembly2020

    • 著者名/発表者名
      T. Omori, K. Umetsu, K. Kimura, H. Nishiyama
    • 学会等名
      The 8 th International Conference on Smart Systems Engineering
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Optical property controls of DUV plasmon using microactuated diaphragms2020

    • 著者名/発表者名
      K. Takahashi, N. Chizawa, K. Ikeda, H. Nishiyama
    • 学会等名
      The 8 th International Conference on Smart Systems Engineering
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] NIR-driven deformation of PNIPAM microgels using plasmonic focusing effects2020

    • 著者名/発表者名
      M. Nakajima, W. Tabata, S. Odasima, A. Abe, H. Nishiyama
    • 学会等名
      The 8 th International Conference on Smart Systems Engineering
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] レーザー多光子還元を起点とした光機能性微粒子の集積固化と素子応用2020

    • 著者名/発表者名
      西山宏昭
    • 学会等名
      第40回レーザー学会年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] レーザー多光子還元を起点とした機能性微粒子の集積体形成2019

    • 著者名/発表者名
      西山宏昭
    • 学会等名
      第16回バイオオプティクス研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 液中フェムト秒レーザ照射されたAgマイクロドットのナノ粒子集積特性の評価2019

    • 著者名/発表者名
      松本春加,西山宏昭
    • 学会等名
      応用物理学会東北支部講演会2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 液中フェムト秒レーザ照射によるハイドロキシアパタイト微粒子の集積固化2019

    • 著者名/発表者名
      奈良尚悟,馮忠剛,西山宏昭
    • 学会等名
      応用物理学会東北支部講演会2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [産業財産権] レーザー照射による複合体の製造方法及び複合体2022

    • 発明者名
      西山宏昭,松本春加
    • 権利者名
      西山宏昭,松本春加
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2022
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 外国
  • [産業財産権] レーザー照射による複合配線の製造方法及び複合配線2021

    • 発明者名
      西山宏昭,松本春加
    • 権利者名
      山形大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2021-019324
    • 出願年月日
      2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2025-01-30  

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