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2016 年度 実施状況報告書

光学顕微鏡の回折限界を超える高規則配列ナノレンズアレイの創製

研究課題

研究課題/領域番号 16K14396
研究機関北海道大学

研究代表者

菊地 竜也  北海道大学, 工学研究院, 准教授 (60374584)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
キーワードアノード酸化 / ポーラスアルミナ / ナノレンズ
研究実績の概要

本研究においては、ナノ/サブミクロンサイズの微小レンズが無数に規則配列した「ナノレンズアレイ」を作製し、回折限界を超えるナノイメージングへの応用に挑戦する。平成28年度は、ナノレンズ作製プロセスの「型」となる高規則ナノディンプルアレイの作製を試みた。
高純度アルミニウム試料を電解研磨したのち、各種酸性水溶液中に浸漬してアノード酸化を行うことにより、ポーラス型アノード酸化皮膜を作製した。その後、クロム酸/リン酸混合溶液を用いて酸化皮膜のみを選択溶解することにより、アルミニウムディンプル構造を得た。アノード酸化電解質として、アセチレンジカルボン酸、エチドロン酸、ヒ酸、リンゴ酸、硫酸水素ナトリウムなどさまざまな酸性水溶液を用いた検討を行ったが、中でもエチドロン酸を用いたアノード酸化により、極めて規則的に配列したポーラス構造が形成できることを明らかにした。高規則ポーラスアルミナの規則性は水溶液濃度、温度および電圧に大きく依存し、アノード酸化におけるジュール熱発生の抑制と放出を促すために水溶液の高速撹拌が重要であった。アノード酸化条件の精緻な制御によってポーラス構造の周期を400-640 nmに種々変化できること、その後のクロム酸/リン酸処理によって同様の規則性・周期をもつナノディンプルアレイを形成できることを明らかにした。ナノディンプル形成試料の表面をAFMにより測定すると、その表面はナノレベルで凹凸の無い理想的な曲面をもつことがわかった。これは、アノード酸化におけるポーラス皮膜の成長がディンプル表面で等方的に生じるためと予想された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本年度の研究実施計画内容である高規則ナノディンプル構造の形成を達成したため、順調に進展していると判断される。

今後の研究の推進方策

本年度の研究成果により作製したナノディンプル構造を型とし、ポリマーナノレンズアレイを作製する新規微細加工プロセスの開発に挑戦したい

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Nanostructural Characterization of Large-Scale Porous Alumina Fabricated via Anodizing in Arsenic Acid Solution2017

    • 著者名/発表者名
      Shunta Akiya, Tatsuya Kikuchi, Shungo Natsui, Ryosuke O. Suzuki
    • 雑誌名

      Applied Surface Science

      巻: 403 ページ: 652-661

    • DOI

      10.1016/j.apsusc.2017.01.243

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Exploration for the Self-ordering of Porous Alumina Fabricated via Anodizing in Etidronic Acid2016

    • 著者名/発表者名
      Akimasa Takenaga, Tatsuya Kikuchi, Shungo Natsui, Ryosuke O. Suzuki
    • 雑誌名

      Electrochimica Acta

      巻: 211 ページ: 515-523

    • DOI

      10.1016/j.electacta.2016.06.071

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Fabrication of self-ordered porous alumina via anodizing in sulfate solutions2016

    • 著者名/発表者名
      Ryunosuke Kondo, Tatsuya Kikuchi, Shungo Natsui, Ryosuke O. Suzuki
    • 雑誌名

      Materials Letters

      巻: 183 ページ: 285-289

    • DOI

      10.1016/j.matlet.2016.07.109

    • 査読あり
  • [学会発表] ミクロンスケールの大きなユニットセルをもつポーラスアルミナの作製2017

    • 著者名/発表者名
      池田大樹、菊地竜也、夏井俊悟、鈴木亮輔
    • 学会等名
      表面技術協会第135回講演大会
    • 発表場所
      東洋大学川越キャンパス(埼玉県川越市)
    • 年月日
      2017-03-09
  • [学会発表] エチドロン酸により作製したポーラスアルミナのフォトルミネッセンス2017

    • 著者名/発表者名
      秋谷俊太、菊地竜也、夏井俊悟、鈴木亮輔
    • 学会等名
      化学系学協会北海道支部 2017年冬季研究発表会
    • 発表場所
      北海道大学(札幌市)
    • 年月日
      2017-01-17
  • [学会発表] エチドロン酸アノード酸化による高硬度ポーラスアルミナの作製2017

    • 著者名/発表者名
      竹永章正、菊地竜也、夏井俊悟、鈴木亮輔
    • 学会等名
      化学系学協会北海道支部 2017年冬季研究発表会
    • 発表場所
      北海道大学(札幌市)
    • 年月日
      2017-01-17
  • [学会発表] エチドロン酸アノード酸化皮膜のビッカース硬度に及ぼすアノード酸化条件の影響2016

    • 著者名/発表者名
      竹永章正、菊地竜也、夏井俊悟、鈴木亮輔
    • 学会等名
      第33回ARS熱海コンファレンス
    • 発表場所
      伊豆山研修センター(静岡県熱海市)
    • 年月日
      2016-10-27
  • [学会発表] アセチレンジカルボン酸を用いたアルミニウムのアノード酸化2016

    • 著者名/発表者名
      秋谷俊太、菊地竜也、夏井俊悟、鈴木亮輔
    • 学会等名
      第33回ARS熱海コンファレンス
    • 発表場所
      伊豆山研修センター(静岡県熱海市)
    • 年月日
      2016-10-27
  • [学会発表] Anodizing of Aluminum in Etidronic Acid Solution2016

    • 著者名/発表者名
      Tatsuya Kikuchi, Akimasa Takenaga, Osamu Nishinaga, Shungo Natsui, Ryosuke O. Suzuki
    • 学会等名
      PRiME 2016, 230th ECS Meeting and 2016 Fall Meeting of ECSJ
    • 発表場所
      Honolulu, USA
    • 年月日
      2016-10-05
    • 国際学会
  • [学会発表] 硫酸水素ナトリウム水溶液を用いた高規則ポーラスアルミナの作製2016

    • 著者名/発表者名
      近藤竜之介、菊地竜也、夏井俊悟、鈴木亮輔
    • 学会等名
      日本金属学会第159回講演大会
    • 発表場所
      大阪大学豊中キャンパス(大阪府豊中市)
    • 年月日
      2016-09-21
  • [学会発表] エチドロン酸アノード酸化皮膜の成長挙動とビッカース硬度2016

    • 著者名/発表者名
      竹永章正、菊地竜也、夏井俊悟、鈴木亮輔
    • 学会等名
      表面技術協会第134回講演大会
    • 発表場所
      東北大学川内北キャンパス(仙台市)
    • 年月日
      2016-09-01
  • [学会発表] ヒ酸を用いたアルミニウムのアノード酸化2016

    • 著者名/発表者名
      秋谷俊太、菊地竜也、夏井俊悟、鈴木亮輔
    • 学会等名
      表面技術協会第134回講演大会
    • 発表場所
      東北大学川内北キャンパス(仙台市)
    • 年月日
      2016-09-01
  • [学会発表] リンゴ酸を用いたアルミニウムの高電圧アノード酸化2016

    • 著者名/発表者名
      池田大樹、菊地竜也、夏井俊悟、鈴木亮輔
    • 学会等名
      表面技術協会第134回講演大会
    • 発表場所
      東北大学川内北キャンパス(仙台市)
    • 年月日
      2016-09-01
  • [学会発表] 金属塩水溶液を用いた高規則ポーラスアルミナの作製2016

    • 著者名/発表者名
      近藤竜之介、菊地竜也、夏井俊悟、鈴木亮輔
    • 学会等名
      日本金属学会・日本鉄鋼協会 両北海道支部合同夏季サマーセッション
    • 発表場所
      北海道大学(札幌市)
    • 年月日
      2016-07-01
  • [学会発表] エチレングリコールを用いたアルミニウムの高電圧アノード酸化2016

    • 著者名/発表者名
      池田大樹、菊地竜也、夏井俊悟、鈴木亮輔
    • 学会等名
      日本金属学会・日本鉄鋼協会 両北海道支部合同夏季サマーセッション
    • 発表場所
      北海道大学(札幌市)
    • 年月日
      2016-07-01

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公開日: 2018-01-16  

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