水による金属ナノポーラス構造の作製とそのケミカルセンサへの応用

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本研究の目的は、マグネシウム合金から金属のナノポーラス構造を作製する世界初の手法を確立するとともに、TFTのゲート電極に応用することで、高感度なケミカルセンサを実現することである。マグネシウムは標準電極電位が小さく水溶性を示す。このため、合金を水に浸すだけで、合金を形成する金属のナノポーラス構造が作製できる。申請者が発見した世界初の本手法を用いることで、従来手法がナノポーラス化できない金属のナノポーラス化が実現する。プロセスの相性から合金の作製にはスパッタリングを検討し、本年度は本ナノポーラス化の妥当性を検討した。Mgターゲットの上に穴を開けたCu板を置きスパッタリングすることで、合金CuMgをSi基板上に150 nm成膜した。電子顕微鏡（SEM）のエネルギー分散型X線分析（EDX）を用いて、その組成を調べたところMgとCuの原子数比は80.7 and 19.3 at %であることが判明した。CuMgを水に浸漬してナノポーラス化したところ、MgがMg(OH)2になり難溶性のため水に溶解せずナノポーラス化が進行しないことが判明した。そこで、水に塩NH4Clを溶かすことで、NH4 +によりMg(OH)2を溶解させ、この問題を解決した。水溶液NH4Cl 10mMにCu箔に成膜したCuMgを浸漬したところ、銀色をしたCuMgは15分後には濃い青色になりSEM観察でナノポーラス構造が作製できていることが判明した。窒素吸着法を用いてナノポーラス構造の比表面積を測定したところ、ナノポーラス化前は比表面積が6.4 m2/gだったが、15分ナノポーラス化したものは、比表面積が24.1 m2/gになり、約4倍になることが判明した。このとき、Cu箔をふくむ質量を計算に用いたため、ナノポーラスCu層の比表面積への寄与はより大きいものと考えられる。