固体基板上のナノパターンを鋳型とする金属酸化物ナノ中空構造の合成と形状デザイン

使用固体基底上的纳米图案作为模板的金属氧化物纳米空心结构的合成和形状设计

基本信息

批准号：
15710099
负责人：
藤川茂紀
金额：
$ 2.24万
依托单位：
The Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

マイクロリアクターなどへ応用が期待されるナノサイズの中空構造体は、主に鋳型合成法により作成される。中空構造体の機能は、その形状・サイズに大きく依存するため、形状デザインは極めて重要な検討課題である。しかしながら従来法では、複雑な構造をもつナノ鋳型を、溶液中で直接作成することは困難であっため、形状設計に大きな制約があった。そこで本研究では鋳型として基板上に作成されたナノ構造に着目しそれを薄膜で被覆後(surface covering)、鋳型除去によって中空構造(構造のpositive copy)を作成するというアプローチを検討した。薄膜形成手法として、表面ゾルゲル法を採用した。その結果、基板上に配列したナノ粒子をチタニア超薄膜で被覆後、鋳型粒子の除去にナノ中空構造作成に成功した。固体基板上で2次元あるいは3次元的にヘキサゴナル配列した粒子を用いた場合でも、その配列を反映した、中空ナノ構造体が形成された。さらにリソグラフィーで作成された縦400nm,横200nm〜1.5μmの断面を持つ矩形ナノライン構造や、直径1.5μm〜500nm、高さ400nmの穴構造を鋳型とした場合でも、その外形を忠実に反映した、中空チタニア構造体に成功した。シェル材料として酸化シリコンを用いた場合でも、同じ結果であった。以上の結果より、固体基板上に形成されたナノ鋳型を利用することで、その外形に従った中空構造体の作成が可能となった。球対称以外のより対称性の低い構造体でも、鋳型構造を反映した中空構造体が作成された。これは金属酸化物ナノ薄膜の酸化物ネットワークの高い構造適合性と、中空構造体保持のための自己支持性によるものと考えられる。これらの結果を踏まえると、より幅広いナノ構造を鋳型として利用可能である。よって本研究で検討したアプローチは、一般的なナノ中空構造体の形状デザイン手法となることが明らかとなった。

预计将应用于微反应器之类的纳米大小的空心结构主要由模板合成产生。空心结构的功能在很大程度上取决于其形状和尺寸，因此形状设计是极为重要的考虑因素。但是，在常规方法中，很难直接制备溶液中具有复杂结构的纳米复制物，因此形状设计有主要的限制。因此，在这项研究中，我们专注于在基板上作为模板创建的纳米结构，并检查了一种方法，其中纳米结构用薄膜覆盖（表面覆盖）（表面覆盖），然后除去模具以创建空心结构（结构的正副本）。表面溶胶 - 凝胶法被用作薄膜形成方法。结果，将排列在基材上的纳米颗粒涂有超薄的二氧化钛膜，并成功地创建了纳米空心结构以去除模具颗粒。即使使用在固体底物上的两个或三个维度中排列的颗粒，也会形成反映布置的空心纳米结构。此外，即使矩形纳米氨酸结构，即使横截面为400 nm，横截面为200 nm至1.5μm，并且孔结构的直径为1.5μm至500 nm且由400 nm的高度创建，即使是1.5μm至500 nm的孔，我们也成功地建立了忠实地反映外部形状的空心泰坦尼结构，即NM和400 nm的高度作为模板。即使将氧化硅用作壳材料，也达到了相同的结果。基于上述结果，通过使用在固体基板上形成的纳米板，可以根据其外部形状创建一个空心结构。也产生了反映霉菌结构的空心结构，即使是针对球形对称性以外的对称性较小的结构也是如此。这被认为是由于金属氧化物纳米薄膜的氧化物网络的高结构兼容性以及空心结构保留的自有性。鉴于这些结果，可以将更广泛的纳米结构用作模板。因此，已经揭示了本研究中检查的方法是设计纳米空心结构形状的一般方法。