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，碳纳米管等具有纳米结构的材料具有多种性能，未来有望在电子器件、能量转换元件、功能材料等众多领域得到应用。在这项研究中，我们将开发一种利用微加工技术的纳米结构合成装置。这种纳米材料合成装置的目的是通过在原位观察的同时生长它来创建所需的结构。通过微机械加工制造的纳米材料合成装置有望通过控制电场和其他因素在所需位置生成纳米结构。提取单一纳米结构材料并测量其电特性和物理特性。对于这次测量，我们将利用应用迄今为止开发的微机械加工技术制造的高灵敏度传感器，同时开发这种传感技术。我们还将开发各种用于观察和操纵纳米世界的工具。使用电子显微镜中的纳米操纵器，将纳米结构放置在该振荡器的顶部，并从外部向纳米结构施加各种刺激（气体暴露、光、磁场、电场等）以研究相互作用。并研究单个纳米结构的物理性质。例如，通过使用这种高灵敏度传感器，我们可以期望能够提取少量具有各种结构的纳米结构，例如碳纳米管，并研究它们的特性和物理性质。人们正在积极研究纳米材料，期待其广泛的应用，但由于它们具有多种结构和形式，迄今为止测量的物理性能只是平均水平。今年，我们进行了研究，以进一步提高微型器件控制纳米结构生长的灵敏度。利用微加工技术，我们评估了微型化至纳米级最小尺寸的纳米振荡器的特性。使用纳米振荡器进行传感需要高Q值，我们发现单晶硅材料的Q值具有结构取向。具体地，通过将振动器的纵向设置为<110>晶体取向，机械损失小并且可以获得大的Q值。所获得的振荡器用于测量纳米材料的程序升温解吸光谱。同时测量两个振荡器的共振，并将一个皮克质量的样品放置在其中一个振荡器的顶部。上述研究将构成在微观空间中创建和评估纳米结构的微系统的基础。