| 研究課題/領域番号 |
25790015
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| 研究機関 | 神戸大学 |
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研究代表者 |
今北 健二 神戸大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50598430)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | ナノ / フォトニック結晶 / 多層膜粒子 / 発光 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、光の波長の1/4の膜厚を有する多層膜フォトニック粒子の作製を目標としている。昨年度行った理論計算より、このような粒子が、従来のフォトニック結晶よりも広いフォトニックバンドギャップと、高いQ値を有するポテンシャルがあることががわかっている。本年度は、このような粒子を(1)化学的な液相合成法と、(2)原子層堆積法(ALD)、を用いて作製することを試みた。また、その光学的な評価を行った。それぞれの進捗は以下の通りである。
(1)Y2O3ナノ粒子の周りに第1層SiO2シェルと第2層Y2O3をシェルを形成したコアシェルシェル粒子をゾルゲル法及び均一沈殿法により作製した。昨年度までの研究により高い精度で膜厚制御が可能となっている。本年度は顕微分光法により、単一ナノ粒子の散乱スペクトル、発光スペクトルを評価し、シェル膜厚との関係を調べた。いずれのスペクトルもMie散乱理論による計算結果とよい一致を示し、合成した多層膜粒子が設計通りであることを確認することができた。
(2)ナノ粒子表面に均一なシェルをコーティングする技術として、原子層堆積法に注目した。市販の原子層堆積装置は基板への膜堆積を対象としており、ナノ粒子に適用するのは難しい。そこで装置の開発及び立ち上げから行った。コーティング時のナノ粒子の凝集を防ぐため、ナノ粒子を撹拌しながら堆積できるよう工夫した。反応温度、反応圧力、反応時間、試薬の種類を系統的に変化させることにより、Y2O3ナノ粒子の表面にSiO2、 TiO2を均一にコーティングできることをTEMにより確認した。また、Y2O3ナノ粒子の中にEuイオンをドープし、その発光特性を評価した結果、SiO2, TiO2コーティングにより3倍程度発光強度が増加することを明らかにした。液相法と比較して原子層堆積法は、膜厚制御が容易であり多層膜粒子の作製に適していることを明らかにした。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
当初の予定通り化学的な液相合成法を用いて、多層膜粒子を作製し、顕微分光法を用いて、その発光特性及び散乱特性を評価している。ほぼ理論通りの結果得られており、計画通りである。一方、本年度は、原子層堆積法という当初予定していなかった技術に注目し、装置を立ち上げ、従来の液相合成法よりも、効率よく均一な膜を堆積できることを明らかにした。液相法で見られていた凝集や副生成物の問題が少なく、さらなる多層膜化の実現に向けて大きく前進した。
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| 今後の研究の推進方策 |
原子層堆積法を用いて、膜厚制御した多層膜ナノ粒子を作製する。５層目までを形成するのが目標である。また、コアの発光材料を、アップコンバージョン材料等、機能性の高いものに変え、機能の実証を行っていく。
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