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

水制备金属纳米孔结构及其在化学传感器中的应用

• 批准号: 22K14213
• 负责人: 山田 駿介
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14213/
• 关键词: ナノポーラス構造; 環境調和性; ナノ構造; ケミカルセンサ; イオントロニクス; 半導体; MEMS

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。

は の purpose, this study マ グ ネ シ ウ ム alloy か ら metal の ナ ノ ポ ー ラ ス tectonic を cropping す る の gimmick を established at the beginning of world す る と と も に, TFT の ゲ ー ト electrode に 応 with す る こ と で, Gao Gan な ケ ミ カ ル セ ン サ を be presently す る こ と で あ る. The standard electrode potential is が small さく water-soluble を indicates す. こ の た め, alloy を に water immersion す だ け で, alloy を form す る metal の ナ ノ ポ ー ラ ス で the tectonic が cropping き る. Early applicants が 発 see し た world の this gimmick を い る こ と で, 従 to が ナ ノ ポ ー ラ ス change で き な い metal の ナ ノ ポ ー ラ ス change が be presently す る. プ ロ セ ス の photograph sex か ら alloy の cropping に は ス パ ッ タ リ ン グ を beg し, this year's は 検 ナ ノ ポ ー ラ ス change の justice を beg し 検 た. On the Mg タ ー ゲ ッ ト の に open hole を け た Cu plate を buy き ス パ ッ タ リ ン グ す る こ と で, alloy CuMg を Si substrate に 150 nm film-forming し た. Electronic 顕 micro mirror (SEM) の エ ネ ル ギ ー dispersible X-ray analysis (EDX) を い て, そ の composition を adjustable べ た と こ ろ と Mg Cu の atomic number than は 80.7 and 19.3 at % で あ る こ と が.at し た. CuMg を に water dipping し て ナ ノ ポ ー ラ ス change し た と こ ろ, Mg が Mg (OH) 2 に な り difficult soluble の た め water dissolve に せ ず ナ ノ ポ ー ラ ス is changed to し が な い こ と が.at し た. そ こ で, water に salt NH4Cl を soluble か す こ と で, NH4 + に よ り Mg (OH) 2 を dissolved さ せ, こ の を solve し た. NH4Cl aqueous solution, 10 mm に Cu foil に film-forming し た CuMg を dipping し た と こ ろ, silver を し た CuMg は 15 points after に は thick い cyan に な り SEM 観 examine で ナ ノ ポ ー ラ ス で the tectonic が cropping き て い る こ と が.at し た. Smothering sorption method を with い て ナ ノ ポ ー ラ の ス structure determination of specific surface area を し た と こ ろ, ナ ノ ポ ー ラ ス は before the specific surface area 6.4 m2 / g が だ っ た が, 15 points ナ ノ ポ ー ラ ス change し た も の は, specific surface area 24.1 m2 / g が に な り, about 4 times に な る こ と が.at し た. こ の と き, Cu foil を ふ く む quality を に calculated using い た た め, ナ ノ ポ ー ラ ス の Cu layer surface へ の send は よ り big き い も の と exam え ら れ る.

项目成果

Nanoporous Cu Prepared through Dealloying by Selectively Etching an Alkaline Metal with Saline

• DOI: 10.1021/acsanm.3c00320
• 发表时间: 2023-04-20
• 期刊: ACS APPLIED NANO MATERIALS
• 影响因子: 5.9
• 作者: Yamada，Shunsuke