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ナノ界面プラズマと有機半導体分子の相互作用によるナノ構造を持つ新炭素材料の創成

公募研究

研究領域プラズマとナノ界面の相互作用に関する学術基盤の創成
研究課題/領域番号 24110702
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関北海道大学

研究代表者

島田 敏宏  北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10262148)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2014-03-31
研究課題ステータス 完了 (2013年度)
配分額 *注記
3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2013年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2012年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
キーワードプラズマ / 炭素材料 / ダイヤモンドライクカーボン / 有機半導体 / π電子系 / 干渉色 / ナノ界面 / 炭素固体 / C60 / ペリレン誘導体 / フタロシアニン / ラマン分光
研究概要

本研究では、プラズマと相互作用するナノ界面として、1ナノメートル程度の大きさを持つ有機半導体分子に着目し、有機半導体分子を原料としてプラズマを作用させナノ構造を持つ新炭素材料の合成を目指した。プラズマプロセス(化学気相堆積法:CVD)でダイヤモンドライクカーボン(DLC)を合成する過程で有機半導体分子を気相から混合する実験を行った。銅フタロシアニン(CuPc, C32H16N8Cu)をDLC製膜中に取り込ませたところ、光吸収スペクトルとラマンスペクトルから、CuPcのπ電子共役系が壊れていないこと、分子が孤立してDLC膜に取り込まれていることがわかった。
同様の実験でC60をDLC製膜中に共蒸着により取り込ませたところ、特異な光学的性質を示す薄膜が得られた。可視域で鮮やかな発色を示し、蒸着時間を変化させることにより色を変化させることができる。この発色は試料を大気中に取り出してから膜にH2Oが作用して起こることがわかった。分光エリプソメトリから、この試料は広い波長領域に対して最高3.6という高い屈折率を示す薄膜であることが明らかになった(例:ダイヤモンドはn = 2.42程度)。これが鮮やかな干渉色を示す原因であると考えられる。さらに、電子顕微鏡観察から、この物質は10-100nmの径を持つ中空の「泡」のような構造の集合体であることがわかった。泡状構造を持つ膜が生じた原因については、C60とDLCの原子の存在密度の違いからくる膜の大きなストレスが考えられる。C60は分子が中空の籠状構造を持つため、炭素材料としては例外的に密度が低い。このため、メタンプラズマとの相互作用により、C-H結合やC-C結合が生じ、さらに大気中の水分と化学反応することによってC60の籠状構造が壊れることに伴い密度が減少して隙間ができることにより泡状構造が生成すると考えることができる。

現在までの達成度 (区分)
理由

25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

25年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2013 実績報告書
  • 2012 実績報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2014 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (5件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Diamond-like carbon doped with highly π -conjugate molecules by plasma-assisted CVD2014

    • 著者名/発表者名
      Wei Xie, Naoki Muraya, Takashi Yanase, Taro Nagahama, Toshihiro Shimada
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys.

      巻: 53 号: 1 ページ: 10203-10203

    • DOI

      10.7567/jjap.53.010203

    • NAID

      210000143215

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Influence of molecular structure on plasma carbonization of organic semiconductor molecules2013

    • 著者名/発表者名
      Toshihiro Shimada, Naoki Muraya, Jun Tomita, Takashi Yanase, Taro Nagahama
    • 雑誌名

      J. Phys. Conf. Ser.

      巻: 441 ページ: 12041-12041

    • DOI

      10.1088/1742-6596/441/1/012041

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書 2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 有機半導体のプラズマ処理による新規炭素固体の創成2014

    • 著者名/発表者名
      島田敏宏
    • 学会等名
      第52回セラミックス基礎討論会
    • 発表場所
      名古屋市、ウィンクあいち
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Synthesis of new carbon solids from organic semiconductors2014

    • 著者名/発表者名
      Toshihiro Shimada
    • 学会等名
      JT-AND 2014
    • 発表場所
      タイ、バンコク
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Diamond like carbon doped with highly π-conjugate molecules by plasma-assisted CVD2013

    • 著者名/発表者名
      Wei Xie, Naoki Muraya, Takashi Yanase, Taro Nagahama, Toshihiro Shimada
    • 学会等名
      26th Symposium of Plasma Science for Materials
    • 発表場所
      福岡市、九州大学
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Influence of Molecular Structure On Plasma Carbonization of Organic Semiconductor Molecules2012

    • 著者名/発表者名
      Naoki Muraya, Jun Tomita, Takashi Yanase, Taro Nagahama, *Toshihiro Shimada
    • 学会等名
      Asia-Pasific Conference on Plasma Science and Technology 11 Symposium on Plasma Science for Materials 25
    • 発表場所
      京都大学(京都市)
    • 年月日
      2012-10-02
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 有機半導体のプラズマ炭化における分子構造の影響2012

    • 著者名/発表者名
      村谷直紀、富田潤、柳瀬隆、長浜太郎、島田敏宏
    • 学会等名
      第73回 応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      愛媛大学・松山大学(松山市)
    • 年月日
      2012-09-11
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [備考] 北海道大学工学研究院物質化学部門固体反応化学研究室

    • URL

      http://www.eng.hokudai.ac.jp/labo/kotai

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書

URL: 

公開日: 2013-05-15   更新日: 2019-07-29  

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