| 研究課題/領域番号 |
19H01885
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
伊藤 剛仁 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (70452472)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | プラズマ誘起ミクロ液相反応 / インクジェット / プリンティング / フレキシブルデバイス / 大気圧非平衡プラズマ / 粒子合成 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、液相が絡むプラズマ材料科学の更なる発展のための学術基盤の創成を目的とする。高度に時空間制御されたミクロ液相とプラズマとの相互作用に関する研究を通じ、プラズマ援用インクジェットプロセスの進化に取り組み、優れた配線描画プロセスや、各種デバイス開発に結び付ける。具体的には、雰囲気ガスの制御とともにプラズマ誘起液相反応場の詳細な理解をもたらすとともに、より制御性の高い材料プロセスの確立をもたらし、更には計算科学も交え、反応メカニズムの解明にもせまる計画である。
該当年度においては、前年度に引き続き、プラズマ援用インクジェットプリンティングによる金描画プロセスに取り組むとともに、制御された環境下で高周波プラズマを生成し、その中を通過中にミクロ液相が再現良く蒸発する新たなシステムを構築した。本システムを用い、制御性の高い粒子合成プロセスを実現するとともに、オペランド計測にも着手した。
金描画プロセスにおいては、前年度に引き続き、塩化金酸水溶液を用いた描画プロセスに取り組み、水溶液インクを用い、比較的低温での高速金描画プロセスを実現した。
粒子合成においても、同様に塩化金酸水溶液を原料として用いた。インクジェットによって供給されるミクロ液相のサイズ再現性の高さから、最終的に形成される金微粒子においても、粒子径の変動係数が0.1以下の単分散粒子合成が実現できた。原料濃度を制御することにより、粒形の制御も可能であることを、サブマイクロメートル領域において確認した。
上記粒子合成プロセスのオペランド計測に着手した。液滴のその場観察により、液滴サイズのプラズマ滞在時間依存性を得るとともに、発光分光計測によるプラズマ雰囲気の温度を計測した。また、得られた観測結果の詳細な理解に結びつけるため、液相内の反応・輸送シミュレーションにも着手した。
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| 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
当初目的であったプラズマ雰囲気の改良を行い、液滴の完全蒸発まで実現できる系が構築できた。それを用いた単分散粒子の合成にも成功しており、研究は順調に進展しているといえる。一方、診断においては、再現性の高いシステムとともに一定の結果を得つつあるが、当初目的としていた液相側の振動分光等では十分な成果を得るには至っておらず、計算シミュレーションの構築と合わせ、今後重点的に取り組んでいく必要を感じている。以上の様に、おおむね順調に進展していると評価する。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後も、材料プロセス開発と、反応場の理解に向けた研究に継続的に取り組んでいく。
プロセス診断においては、プラズマ雰囲気において再現良く液相の蒸発まで実現できる、ミクロ液相とプラズマとの相互作用系が確立できており、それを用いた各種分光計測に取り組む。発光分光、吸収分光を中心としたミクロ液相周りのプラズマ反応場の診断に加え、振動分光を用いたミクロ液相の診断、更には、ミクロ液相のイメージング観察にも取り組み、プラズマとミクロ液相の相互作用がミクロ液相内部で誘起する反応系の理解につなげていく。
更に、極めて制御性の高い粒子合成プロセスを実現しており、同システムを用い、単分散中空粒子の合成などの、特徴ある粒子合成へと展開していく。さらに、それらで得られた知見とともに、粒子描画など、新たなプリンティング技術へとつなげていく。配線描画においては、引き続き高解像度、低温、高速プロセスを目指した研究に取り組む。
プラズマとの相互作用を取り入れたミクロ液相内部における反応モデルの構築にも取り組み、上記反応場の計測結果も交え総合的に考察することで、ミクロ液相とプラズマの相互作用がもたらす液相内反応メカニズムの更なる理解につなげていく。
以上を通じ、次世代のプリンティングおよび粒子合成手法の一つとしてのプラズマ援用インクジェットプロセスの確立に結び付ける。更に、ミクロ液相のみならず、プラズマ誘起液相反応全般に有用な学術基盤の構築に貢献する。
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