白金触媒活性化ギ酸によるナノスケール銅粒子表面酸化膜の還元挙動の解明

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K14794
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: MUHAMMAD KF 早稲田大学, 理工学術院総合研究所(材料技術研究所), その他(招聘研究員) (00801292)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 表面酸化膜の還元 / ナノスケール銅粒子

Outline of Annual Research Achievements

電気自動車の車載用パワーモジュールの実装において、構成材料の膨張や収縮度合い、すなわち線形膨張係数値の違いにより、高温接合に起因する残留応力の発生を抑制するため、低温接合が望まれている。近年、 ナノスケール金属粒子の焼結接合、とりわけナノスケール銅粒子は、安価かつ高熱伝導率を有するため注目を集めている。しかしながら、銅はバルク状態ですら 表面が酸化しやすいことで知られており、粒子が小さくなるほど、つまり、曲率が高くなり表面エネルギーが高くなるほど、酸化膜がより形成しやすくかつ安定 になると推測でき、良好で高強度の接合体を得るには、ナノスケール銅粒子の表面酸化膜の還元が重要な研究課題となっている。
本研究では、ナノスケール銅粒子を用いた銅板間の接合を低温で実現するために、白金活性化ギ酸によるナノスケール銅粒子の表面酸化膜の還元メカニズムを 解明することを目的とする。2020年度において、粒径が異なる二つの銅粒子を準備し、2種類の還元性を示す有機溶媒を用いて混錬してペーストを 作製し、熱重量・示差熱分析を行った。ジエチレングリコールとトリエチレングリコールで混錬した銅粒子が、各々の有機溶媒の沸点前に、酸化膜が還元された ことは、相対重量変化からわかった。いずれの有機溶媒でも、200°C以下で銅粒子が還元されたことが明らかにした。しかしながら、研究代表者が海外研究機関への異動やコロナ渦など移動制限のため、研究が一時的に中断になっている。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

研究代表者が異動した海外研究機関において、必要となる特殊な分析機器（特に、ギ酸ガス対応可能な分析機器）が揃っておらず、研究が進行できかねる。また、コロナによって日本への入国が禁止されたため、研究が一時的中断することになる。

Strategy for Future Research Activity

研究代表者が所属している海外研究機関において、必要となる特殊な分析機器（ギ酸ガス対応可能な機器）が揃っていない、かつ、その国内においても、相当な分析機器がないため、日本の研究機関が所有している分析機器を使用することを考えている。ただし、これは日本への入国制限が緩和することを条件とし、２０２２年度においても入国制限が緩和されていなければ、研究計画を変更することにする。詳細には、ギ酸ガスを使用するでなく、エチレングリコールのような還元性のある有機溶媒を用いて酸化膜の還元機構を確認していく。

Causes of Carryover

2021年度において、上記で説明した研究が中断した理由で、2022年度において引き続き、研究を再開することにするためである。