マイクロマニシングによるナノ構造生成とその極限センシング

通过微加工生成纳米结构及其极限传感

基本信息

批准号：
14702023
负责人：
小野崇人
金额：
$ 19.47万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

近年、カーボンナノチューブのようなナノ構造を有する物質は様々な特性を有し、将来、電子デバイス、エネルギー変換素子、機能性材料など多くの分野での応用が期待されている。本研究では、マイクロマシニング技術を利用してナノ構造合成装置を開発する。このナノ物質合成装置は、In-Situ観察しながら成長させることで、狙った構璋を作製することを目的とする。マイクロマシニングで作製したナノ物質合成装置は、電界等を制御することで、所望の位置にナノ構造を生成できると期待される。作製したナノ構造をもつ物質を一つだけ取り出してその電気特定や物性を測定する。この測定のために、これまで開発してきたマイクロマシニング技術を応用して作製した高感度センサを利用すると同時にこのセンシング技術を発展させる。また、ナノの世界を見て操るための様々なツールを開発する。電子顕微鏡内でナノマニピュレーターを利用してこの振動子の上にナノ構造体を載せ、外部から様々な刺激(ガス暴露、光、磁場、電場等)をナノ構造体に与えて、その相互作用を測り単ナノ構造体の物性を調べる。例えば、この高感度センサを利用すれば、カーボンナノチューブなどのように様々な構造を持つナノ構造体を微量取りだし、その特性・物性を調べることができると期待できる。ナノ材料はその広い応用への期待から盛んに研究がなされているが、様々な構造・形態をとるため、これまで測られた物性は平均的なものでしかない。本年度は、ナノ構造の成長を制御するためのマイクロデバイスを更に高感度化するための研究を行った。微細加工技術により、ナノメートルの最小寸法にまで小型化したナノ振動子の特性を評価した。ナノ振動子を利用したセンシングでは、そのQ値が高いことが必要であるが、単結晶シリコン材料で、Q値に構造の方位性があることを見出した。具体的には振動子の長手方向を<110>の結晶方位にすることで、機械損朱が小さく大きなQ値が得られる。得られた振動子をナノ材料の昇温脱離スペクトルの測定に利用した。2本の振動子の共振を同時に測定し、一方の振動子の上にはピコグラムの質量をもつ試料を乗せて実験を行った。以上の研究は、微小空間でナノ構造を創成し、それを評価するマイクロシステムの基礎となる。

近年来，具有纳米结构（例如碳纳米管）具有各种特性的材料，并有望将来在许多领域中应用，例如电子设备，能量转换元件和功能材料。在这项研究中，我们将使用微加工技术开发纳米结构合成设备。该纳米材料合成装置的目的是通过观察原位来产生目标结构。预计由微加工制造的纳米材料合成设备可以通过控制电场等在所需位置产生纳米结构。仅提取了一种制造的纳米结构材料，并测量其电气识别和物理性能。为了进行此测量，直到现在使用微加工技术制造的高敏性传感器，该传感技术将同时开发。我们还将开发各种工具来查看和操纵纳米世界。使用电子显微镜中的纳米管剂放置纳米结构，将各种外部刺激（气体暴露，光，磁场，电场等）应用于纳米结构，并测量其相互作用，并检查了单个纳米结构的物理性能。例如，使用该高灵敏度传感器，可以提取具有各种结构（例如碳纳米管）的少量纳米结构，并且可以检查它们的性质和性能。尽管由于具有广泛应用的希望而积极研究纳米材料，但它们采用了各种结构和形态，到目前为止，到目前为止，到目前为止所测得的物理特性只是平均水平。今年，我们进行了研究，以进一步提高微型版本对控制纳米结构生长的敏感性。使用微生物技术评估了已降低为纳米尺寸的纳米振荡器的性能。使用纳米振荡器进行传感需要较高的Q值，但是我们发现Q值在单晶硅材料中的结构中具有方向。具体而言，通过将换能器的纵向方向设置为<110>的晶体方向，可以在较小的机械损耗的情况下获得较大的Q值。所得的换能器用于测量纳米材料的温度升液光谱。同时测量了两个换能器的共振，并通过将带有一大堆皮克图的样品放在其中一个传感器上进行实验。上述研究是在微空间中创建和评估纳米结构的微型系统的基础。