ナノ粒子集積体の構造形成と集団の電子状態:フラクタルクラスターからコロイド結晶へ

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09304068
• 研究機関: 姫路工業大学
• 研究代表者: 木村 啓作 姫路工業大学, 理学部, 教授 (70106160)
• 研究分担者: 井田 隆 姫路工業大学, 理学部, 助手 (80232388) ; 石井 靖 姫路工業大学, 理学部, 助教授 (60143541)
• キーワード: ナノ粒子 / コロイド / 超微粒子分散液 / シリコン超微粒子 / ハイブリッドナノ粒子

研究概要

本研究において対象とする物質は金、銀超微粒子と最近我々が開発した青色発光並びにUV発光特性を有するSiコロイドを用い、主として可視紫外吸収、発光スペクトルの面から孤立分散粒子と集積体の物性を追跡する。我々が作成しているSiコロイドは紫外および青色部に発光を持つため3次元発光体でのcoherent干渉作用を見る格好のモデル系を組み立てることを最終の目的とする。
初年度には高密度のナノ粒子コロイド分散液から粒子を石英基板や炭素基板上へ展開し、形成された膜の構造を主要整備品である走査型トンネル/原子間力顕微鏡を用いて観察することを目的にした。本年度においては作成法から明らかなように1個づつの粒子のサイズ測定と、それからなる粒子集積膜の測定とが重要な実験課題である。本報告では既設備品である透過型電子顕微鏡と昨年度導入された走査型トンネル顕微鏡(輸入品)による測定結果を記述する。
金ナノコロイドはこれまでの物理的な方法(ガス中蒸発法)に加えてコロイド化学的な手法を試みた。チオールを成長抑制材として用いる1nmサイズの粒子が生成されることが分かった。昨年度は生成粒子があまりに小さく電子顕微鏡で直接観察することには成功しなかったが、本年度、アモルファスカーボン膜に代わり、均一な膜が形成できるBe薄膜の作成を試み200Åの厚さの膜の作成に成功した。1nm金粒子の観察に適用し1.2nm直径のAuナノ粒子の観察に成功した(Langmuir,15(4)(1999)1075)。塩化金酸とチオールの相対量をコントロールすることにより金ナノ粒子のサイズが制御できることを見いだした。同様にチオール修飾した銀ナノ粒子の作成を行った。またCdSナノ粒子と金ナノ粒子のハイブリッド粒子の作成を試み電子的に結合したハイブリッド粒子が形成されたことを発光スペクトルの測定により確認した(Chem.Lett.(1999)in press)。Siコロイドに関しては真空蒸発法によるnm粒子の作成とその電子顕微鏡観察に成功した。ナノ粒子トラップ用に使用したコロイド液体の種類によらず粒子サイズは概ね5nm前後であった。発光波長は470nmであった。光相関法によって決定したコロイド状態での流体力学的な粒子のサイズも同じ値を与えた。またその発光スペクトル上に特徴的な微細構造を見いだし、これが表面局在準位からの振動構造に基づくものであることを明らかにした(Jpn.J.Appl.Phys.(1999)in press)。

研究成果

• [文献書誌] K.Kimura,S.Iwasaki: "Siye dependence of the quantum yield of photoluminescence from silicon nanocolloids" J.Appl.Phys.83. 1345-1348 (1998)
• [文献書誌] S.Chen.T.Ida K.Kimura: "Thial-derivatiyed AgI Nanoparticles: Synthesis,Characterization and Optical Properties" J.Phys.Chem. 102. 6169-6176 (1998)
• [文献書誌] Y.Zhu,K.Kimura L.D.Zhang: "Oxygen sensitirity of the fine structure on the optical spectra of silicon nanoperticles" Solid State Commun. 8. 545-548 (1998)
• [文献書誌] K.Kimura,S.Iwasaki: "Vibronic fine structure found in the ultraviolet-visible luminescence from silicon nanecolloids" Jpn.J.Appl.Phys.38(2A). in press (1999)
• [文献書誌] S.Chen,K.kimura: "Synthesis and characterization of Carboxylate-Modified Gold Nanopartiele Powders Dispersible in Water" Langmuir. 15(4). 1075-1082 (1999)
• [文献書誌] K.Kimura: "Evaporation Technique for Nanocolloidal Systems- Its Feature and Versatility" Trends in Colloid Chemistry. 1. 69-98 (1998)