ナノスケ-ル構造制御機能材料の開発

纳米级结构控制功能材料的开发

• 批准号: 03NP0501
• 负责人: 仁科 雄一郎
• 金额: --
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Creative Basic Research
• 财政年份: 1991
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1991 至 1995
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03NP0501/
• 关键词: ナノスケ-ル組織; 微粒子; マイクロクラスタ-; ナノスケ-ル構造; クラスタ-ビ-ム; 量子サイズ効果; 薄膜成長; 電子機能材料; ナノスケ-ル組織; 微粒子; マイクロクラスタ-; ナノスケ-ル構造; クラスタ-ビ-ム; 量子サイズ効果; 薄膜成長; 電子機能材料

本研究では物質の化学組成および構造をナノメ-タ-尺度で人工的に制御し、新しい特性と機能を有する材料の開発研究を行う。このため、金属、半導体、セラミックス材料を研究対象とする五つの研究班を組織し、互いに緊密な協力関係を保ちながら各班の独創的着想と経験的手法を生かした研究活動を開始した。また研究計画の立案、内容の調整、成果の評価を行うための総括班を設け、夏期の研究班全体計画会議、年度末の成果報告会に合わせて2回の会合を開いた。初年度においては、物質創製装置として数個乃至数千個の原子が結合したクラスタ-を高濃度のビ-ムとして取り出す装置を開発し、このクラスタ-を固体表面または内部の担持させた新材料の作製を試みた。また試料の評価装置として、光学応答特性を解析するためのフェムト秒レ-ザ-分光システム、微小領域解析用顕微鏡等を設置した。本研究の初年度における主な成果を要約すると以下の通りである。研究班1:広範なサイズの遷移金属合金クラスタ-の作製方法を確立するため、イオンクラスタ-ビ-ム法によるFe/Ag複合膜ならびにメカニカルミリングと化学処理を組み合わせた方法によるNi、Co微粒子の作製を試みた。X線回折、電子顕微鏡組織観察、磁化測定、メスバウァ-スペクトル測定等を行い、fcc Feクラスタ-やナノスケ-ルbccNi、bccCo微粒子などの非平衡物質が形成できること、平衡相に比べ強磁性状態が不安定になることを明らかにした。研究班2:半導体超微粒子及び金属クラスタ-について実験・理論の両面から物性研究を行った。半導体材料として、CuCl、PbI_2、HgI_2、BiI_3を主に取り上げ、アルカリハライド、ポリマ-、シリケ-トガラス、ゼオライト等の種々のマトリックス中に担持したナノスケ-ル物質を作成した。光学的性質、特に微粒子サイズに依存した励起子の量子サイズ効果の次元性等を実験理論両面から調べた。また、ゼオライト中のアルカリ金属Kクラスタ-の3次元配列構造について、磁気的性質を調べ、8K以下で強磁性を示す新ナノ構造物質の合成に成功した。研究班3:プラズマ法でセラミックスーアルミニアムのナノ複合粒子を合成し、そのビッカ-ス硬度が500℃でも200PMaに達する耐熱軽量材料の開発に成功した。CVD(化学気相法)で有機金属化合物を原料に,臨界電流値が最高水準のナノ組織の高温酸化物超電導体の薄膜を合成し,その電流値の高い理由がナノサイズの不純物ピニングによることを解明した。Ln_4Al_2O_9(Ln=希土類元素)がマルテンサイト変態することを発見し、これらの化合物の変態を制御して組織をナノサイズ化することで高靭性あるいは形状記憶セラミックスの合成を試みた.また常圧法でA型,X型のゼオライトを合成しCdSおよびNiSの閉じ込めに成功し,物性の測定中である.研究班4:低温走査プロ-ブ顕微鏡:LTSPM、原子配列同定アトム・プロ-ブ分析法:POSAPを開発し、更に依存現有の高性能FIーSTM(電界イオンー走査トンネル顕微鏡)に小型のMBEを導入して種々の新機能材料の原子レベルでの評価・解析を行なう共同研究を開発した。初年度は、組織の編成及び、他グル-プとの研究計画の調整を行ない、次世代の新素材として最近非常に注目されているC_<60>のSi(111),Si(100)清掃表面での吸着初期と薄膜形成過程における構造と電子状態の解析に成功した。研究班5:高輝度レ-ザ-或はスパッタリングイオン銃と質量選別器を組み合わせて、大きさの揃ったクラスタ-ビ-ム発生させ、これを基板表面に堆積させてナノ構造薄膜を作成する装置を設計製作した。その場観察評価装置として高分解能電子エネルギ-損失分光装置、低速電子線回接装置、多チャンネル光学分光計、走査トンネル顕微鏡を組み合わせた測定装置を組み上げた。これらの装置を用いて、クラスタ-の基板への直接蒸着による単結晶薄膜を高品質且つ短時間に成長させることが出来た。また金、アンチモン等のクラスタ-をグラファイト表面に規則的に配列した新ナノ構造試料の作製に成功した。

这项研究涉及使用纳米尺度人为地控制材料的化学组成和结构，并研究具有新特性和功能的材料的开发。因此，组织了五个研究小组来研究金属，半导体和陶瓷材料，并开始了研究活动，这些研究活动利用了每个小组的原始思想和经验方法，同时保持了密切的合作。还建立了一个总体小组，以计划研究计划，调整内容和评估结果，并与夏季研究小组一般计划会议和成员报告会议结合了两次会议。在第一年，我们开发了一种设备，该设备将数千至数千个原子作为材料创造设备的簇提取数千到数千个原子，并试图制造新材料，其中在实心表面或内部支撑这些簇。此外，作为样本评估设备，安装了用于分析光学响应特征的飞秒激光光谱系统，用于微层分析的显微镜等。第一年的这项研究的主要结果总结如下：研究小组1：为了建立一种制造各种尺寸的过渡金属合金簇的方法，我们试图使用离子簇束法制造Fe/Ag复合膜，以及NI以及NI，以及通过机械铣削和化学铣削结合Ni并进行精细颗粒。进行了X射线衍射，电子显微镜结构观察，磁化测量和摩斯鲍尔光谱测量，并发现诸如FCC FE聚类，纳米级BCCNI和BCCCO等非平衡物质可以形成相比，并且可以形成相比的平等，并且可以形成相比的平衡。研究小组2：对实验和理论的超铁半导体颗粒和金属簇研究进行了物理特性。作为半导体材料，CUCL，PBI_2，HGI_2和BII_3主要用于制备在各种基质中支撑的纳米级材料，例如碱卤化物，聚合物，硅酸盐玻璃和沸石。从两个理论方面研究了光学特性，特别是激子的量子大小效应的维度，具体取决于粒径。此外，研究了沸石中碱金属k簇的3D排列结构的磁性特性，并成功地在8K或更少的情况下合成了一种新的纳米结构材料的合成。研究小组3：我们成功地开发了一种耐热的轻质材料，该材料使用血浆方法合成了陶瓷铝纳米复合材料，甚至在500°C下，其恶劣的硬度也达到了200个PMA。使用有机金属化合物作为原材料，将纳米结构高温氧化物超导体的薄膜与以最高临界电流值最高的纳米结构合成，并且澄清，高电流值的原因是由于纳米大小的杂质固定而引起的。我们发现LN_4AL_2O_9（Ln =稀土元素）转化为马氏体元素，并试图通过控制这些化合物的转换和纳米化组织来综合高韧性或形状的记忆陶瓷。我们还使用大气压力方法合成了A型和X型沸石，以成功地限制CD和NIS，目前正在测量物理特性。研究小组4：低温扫描探针显微镜：LTSPM，原子序列鉴定原子探针分析方法：POSAP，进一步开发了一个联合研究项目，在该项目中引入了当前的高性能FI-STM（电力场离子扫描隧道显微镜），以评估和分析各种新的功能材料。在第一年，我们与其他群体协调了组织结构和研究计划，并成功地分析了C_ <60>的结构和电子状态，这些结构和电子状态最近引起了下一代新材料的广泛关注，并在最初的SI（111）和SI（100）和SI（100）和薄膜形成过程中吸引了很多关注。研究小组5：设计和制造了一种设备，以通过将高亮度激光或溅射离子枪与质量分散器相结合，并将其沉积在基板的表面上以创建纳米结构薄膜，从而创建均匀的簇束。将高分辨率电子能量光谱仪，慢速电子束接触装置，多通道光谱仪和扫描隧道显微镜组合的测量设备被作为原位观察评估设备组装。使用这些设备，可以通过直接沉积簇的基板来高质量并在短时间内生长单晶薄膜。此外，我们成功地生产了新的纳米结构样品，其中金，锑等定期在石墨表面上排列。