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

基本信息

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

项目摘要

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。

在这项研究中，该物质的化学组成和结构是在纳米-TA-TA尺度上人为地进行的，并且进行了具有新特征和功能的材料的开发和研究。因此，我们组织了五个研究小组，这些研究小组研究金属，半导体和陶瓷材料，并开始研究活动，以利用每个小组的原始思想和经验方法，同时保持彼此的密切合作。此外，设立了一个总体小组来制定研究计划，调整内容并评估结果，并与夏季研究小组的整体计划会议和结果报告结合在财政年度结束时举行了两次会议。在第一年，一种新的材料开发了一种将数千个原子簇作为一种高浓度的bem的群集，并使我试图做到这一点。此外，作为样本评估设备，安装了用于分析光学响应特征，显微镜分析的显微镜等的FEMTO-TI-TI-sodemic系统。这项研究的主要结果在第一年总结了。研究小组1：为了建立一种创建宽尺寸过渡金属合金簇的方法，它是一种将Fe/Ag复合膜和机械铣削和化学处理的方法，我试图使我试图制作。它。进行了X射线旋转，电子显微镜观察，磁化测量，Mesbowa-Spectra测量等，以及可以形成FCC Fe群，Nanoske BCCNI，BCCCO细颗粒等非平衡物质，以及可以形成的，以及铁磁状态。与平衡相位，我发现它是稳定的。研究小组2：半导体超细颗粒和金属簇从实验和理论中进行了物理特性。作为半导体材料，主要列出了CUCL，PBI_2，HGI_2，BII_3，并创建了各种基质的无质物质，例如碱性突袭，Polyma，Sirike-Toglass和Zeolite。从两个实验理论中检查了光学特性，尤其是取决于细粒径的兴奋的量子大小效应的尺寸性质。此外，检查了沸石中碱金属K簇的三维序列结构，并合成了在8K或更少的情况下表明铁磁特性的新纳米结构物质的合成。研究小组3：血浆法在陶瓷suoul nano复合颗粒中合成，并成功开发了耐热和轻质材料，在500°C下达到200 PMA。在CVD（化学相法）中，纳米组织的高温氧化物超导体的薄膜具有最高的临界电流值，高电流值的原因是纳米杂质的杂质阐明。 ln_4al_2o_9（ln =稀土元素）发现多站点变态，并通过控制这些化合物的变态和纳米尺寸的纳米尺寸，我们试图综合高韧性或形状A型A型，X -type Zeololity Zeeollite ceramics。合成并成功地捕获了CD和NIS，并且正在测量物理特性4：低温扫描专业显微镜：LTSPM，原子序列鉴定原子pro-Bob分析：我们已经开发了一个POSAP，并且已经开发了一个关节对当前高性能FI -STM（电力游戏Aeon -Ane Aene Aene Ae -Ae -Tunnel显微镜）进行研究，以评估和分析各种新功能的原子水平。在第一年，调整了与其他葡萄糖的组织和研究计划，C_ <60> SI（111），SI（100）清洁，最近吸引了很多关注，作为下一代的新材料在表面和薄膜形成过程中的早期吸附阶段的结构和电子状态的成功分析。研究小组5：将高品质的精致礼物和质量选择设备组合在一起，以产生匹配的群集，并将其沉积在基板表面上，以创建薄膜。作为一种观察评估设备，组装了高分辨率NOZE能量减速灯设备，低速电子线间接装置，多通道光学划分和扫描隧道显微镜。使用这些设备，直接粘附在簇底物的单晶薄膜可以在高质量和短时间内生长。此外，成功产生了一种新的纳米结构样品，该样品具有定期排列的簇（例如金和抗抗物）的簇。