ナノ表面制御可能な超臨界ナノプレイティングにおける電導機構の解明

阐明纳米表面控制超临界纳米电镀的导电机制

基本信息

批准号：
16710079
负责人：
曽根正人
金额：
$ 2.37万
依托单位：
Tokyo University of Agriculture and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

本申請者は、超臨界二酸化炭素は電解質溶液とは混合しないが少量の界面活性剤を添加することによりエマルジョン化が可能であることを見いだした(特許JP3571627)。このエマルジョン化により液面が上昇し、系全体が通電し、プレイティングが均一に行われることを発見した(Chem.Lett.,1086-1087,(2002))。この方法は超臨界流体技術とめっき技術を融合させたものであり、低環境負荷型超臨界流体ナノプレイティングシステム(SSNP)と命名した。SSNP法により得られたニッケル金属皮膜は従来のめっき法で作製された膜と異なり、ピンホールが無くレベリングも高く、更に金属粒径が10nmと非常に細かく緻密であり硬度も高いことが明らかとなっている。また、通常電気めっきは面粗度が悪化する方向に皮膜成長が行われるのに対し、面粗度が33nmの基板の上にSNP法によるめっきを行うと、面粗度20nmを達成する均一な高性能膜が生成することがわかっている。本研究では、このSSNP法により得られる皮膜の硬度や面粗度向上などの特殊性を、高圧容器中の超臨界流体エマルジョン場に微細な端子を入れミリ秒単位の電流を計測すると同時に、この測定で得られた皮膜を電子顕微鏡で観察し、この特異な電気化学反応場と得られる皮膜の相関を明らかにすることを計画・実行した。この結果、超臨界流体エマルジョン場を通る電流値の振幅が、析出金属の粒界の大きさと相関があることが明らかとなった。この結果により、12nmから9nmまでの析出金属粒界制御が可能となった。また、さらにSSNP皮膜により得られた皮膜の硬度や耐摩耗性を測定し、従来のめっき法と比較し、優れた機械的特性を有することを明らかにした。本研究開発の結果、SSNPはナノテクノロジーのための微細な金属部材の形成に有効であり、高い制御性を有する金属材料作成方法であることがわかった。

本申请人发现，虽然超临界二氧化碳不与电解质溶液混合，但通过添加少量表面活性剂可以实现乳化(专利JP3571627)。发现这种乳化作用导致液位上升，整个系统通电，并且均匀地进行电镀（Chem.Lett.，1086-1087，（2002））。该方法将超临界流体技术与电镀技术相结合，被命名为环保型超临界流体纳米电镀系统（SSNP）。可以看出，通过SSNP法获得的镍金属膜与传统电镀方法制成的膜不同，没有针孔，具有高流平性，具有10纳米的非常细的金属颗粒尺寸，并且具有高硬度。。另外，在通常的电镀中，皮膜向表面粗糙度恶化的方向生长，但在表面粗糙度为33nm的基板上使用SNP法进行电镀时，可以实现20nm的均匀表面粗糙度。 nm。已经表明可以生产出高性能的膜。在这项研究中，我们将通过将细小的端子插入高压容器中的超临界流体乳化场中，并测量我们计划并实施了一项计划，使用电子显微镜观察通过测量获得的薄膜，并阐明这种独特的电化学反应场与获得的薄膜之间的相关性。结果表明，通过超临界流体乳化场的电流幅值与析出金属晶界的尺寸相关。该结果使得可以将析出的金属晶界控制在12nm至9nm之间。他们还测量了 SSNP 薄膜的硬度和耐磨性，并将其与传统的电镀方法进行比较，结果表明它具有优越的机械性能。这项研究和开发的结果发现，SSNP 可有效形成纳米技术的精细金属零件，并且是一种高度可控的金属材料制造方法。