2018 Fiscal Year Annual Research Report
Creation and development of high-order nano-space structures through innovative control of stress field
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17H06146
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
巨 陽 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (60312609)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
細井 厚志 早稲田大学, 理工学術院, 准教授 (60424800)
徳 悠葵 名古屋大学, 工学研究科, 講師 (60750180)
森田 康之 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 教授 (90380534)
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| Project Period (FY) |
2017-05-31 – 2022-03-31
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| Keywords | ナノ空間構造体 / 応力場制御 / 原子拡散 / 透明導電膜 / 太陽光水素製造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．高品質、単結晶金属ナノワイヤアレイ作製条件の最適化 基板の加熱温度や加熱時間、昇温速度、そして成長領域と非成長領域での金属薄膜の厚さが成長領域における金属薄膜中の応力勾配に及ぼす影響を実験的かつ理論的に解明し、単結晶金属ナノワイヤアレイ作製条件の最適化を実現した。さらに、成長領域の金属薄膜厚さによるナノワイヤの直径および長さ、密度に及ぼす影響を明らかにし、単結晶金属ナノワイヤアレイの寸法および密度の制御を実現した。
２．半導体ナノ空間構造体配列の作製手法の確立 厚さ300μmのCu基板を用いて化学酸化法によりCuO ナノフラワ/Cu(OH)2 ナノワイヤを作製した。その後、加熱還元法によりCu2Oナノ構造体を作製した。化学酸化法において、反応時間を5 分から120 分まで変化させ、CuO ナノフラワの形状制御を実現した。また、Ar雰囲気中にて加熱温度を300 oCから900 oCまで変化させ、Cu2Oナノ構造体の品質制御を実現した。さらに、応力場の制御によりFe2O3ナノグラスの創製に成功し、高秩序、高品質、高密度の半導体ナノ空間構造体の作製手法を確立した。
３．原子配列の密度がナノ空間構造体の形成に及ぼす影響の解明 金属薄膜の原子配列の密度は応力および応力勾配の大きさとともに原子の拡散速度に影響を及ぼす。また、金属薄膜の表面酸化物における原子配列の密度も金属ナノワイヤと半導体ナノ空間構造体の成長に重要な役割を果たす。本研究では、根元から押し出すように成長する金属ナノワイヤの生成と，先端から伸びるように成長する半導体ナノ空間構造体の酸化生成を決定するメカニズムを、原子配列の密度を動力学的に解析することにより明らかにした。そして、各温度状態における原子密度の変化を考慮に入れ、ナノワイヤおよびナノ空間構造体成長の最適条件を特定した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
これまで予定されていた研究計画は順調に実施されており、高密度かつ高品質なAlナノワイヤアレイおよびCu2Oナノフラワーの創製に成功した。また、金属ナノワイヤおよび半導体ナノ構造体の成長に関する応力場の解析にも着実な成果を挙げている。さらに、応力酸化誘導法を更に発展させ、高秩序、高品質、高密度のFe2O3ナノワイヤアレイの創製にも成功した。これらに加え、Cu2Oナノフラワー配列およびFe2O3ナノワイヤアレイを太陽光水素製造に応用し、それぞれ世界最高レベルの太陽光水素変換効率を達成した。
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| Strategy for Future Research Activity |
（Ⅰ）半導体ナノ構造体の生成機構の解明 ナノフラワーやナノグラスの生成メカニズムは世界中でも報告されておらず、未だ不明な状況にある。比較的低い加熱温度で形成した厚い表面酸化膜の下に蓄積された大きな駆動応力により、大量の金属原子が一気に酸化膜ウイークポイントから放出されること、そして形成されたナノ構造体表面における酸化物の原子配列密度が低いことから、ナノ構造体の生成・形状に影響する要因は内部の金属原子が表面に析出されることであると考えられる。この現象の解明に、本学に導入されている世界最先端の反応科学超高圧走査透過電子顕微鏡を利用する。各種の雰囲気及び温度下でのナノフラワー/ナノグラスの生成をリアルタイムで観察することにより、ナノ構造体の生成機構を明らかにする。
（Ⅱ）フレキシブル透明導電膜の作製 前年度の成果を踏まえ、フレキシブル基板上に粘着性薄膜をコーティングし、Al/Si基板上に作製した高密度単結晶Alナノワイヤアレイをフレキシブル基板上に転写する。さらに保護薄膜をコーティングすることにより、高強度および高導電性、高透過率のフレキシブル透明導電膜を実現する。
（Ⅲ）フレキシブル透明導電膜の最適化 ナノワイヤの直径、長さ、密度が透明導電膜の強度、導電性、透光性に及ぼす影響を実験的に明らかにするとともに、透明導電膜の理論評価モデルを構築する。さらに、ナノワイヤの直径、長さ、密度の最適化により、抵抗率：500 Ω/cm2以下、透過率：90 ％以上の金属ナノワイヤフレキシブル透明導電膜の創製を実現する。
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Research Products
(30 results)
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[Journal Article] tLyP-1-conjugated core-shell nanoparticles, Fe3O4NPs@mSiO2, for tumortargeted drug delivery2019
Author(s)
Morita, Yasuyuki Sakurai, Ryohei Wakimoto, Takuma Kobayashi, Koudai Xu, Baiyao Toku, Yuhki Song, Guanbin Luo, Qing Ju, Yang
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Journal Title
Applied Surface Science
Volume: 474
Pages: 17-24
DOI
Peer Reviewed
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