金属ナノコンタクト部の局所的溶融手法の開拓とナノ溶接の飛躍

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最終年度は申請時に計画した研究を遂行し、以下のような研究実績を得た。1. 金属ナノコンタクト部におけるジュール発熱現象の観察と溶接前年度試作したナノ材料溶接用ホルダを用い、走査型電子顕微鏡内でPtナノワイヤ同士の溶接過程のその場観察を試みた。電子顕微鏡内でPtナノワイヤを対向して接触させ、ナノコンタクト部に一定直流電流を付与したところ、ナノコンタクト部は瞬間的に溶融、その後、凝固し、ナノ溶接過程が僅か数秒で完了することを初めて観察することに成功した。また、数秒の溶接過程中に溶接回路電圧は僅かに低下した。この回路電圧の低下は、ナノコンタクト部の溶融により接触面積が増大し、コンタクト部の電気抵抗が低下することを示唆している。2. 異種金属ナノコンタクト部の溶接前年度に実施した同種金属同士のナノ溶接の知見を踏まえて、微小熱電素子としての利用が期待できるW細線とPt細線との異種金属細線溶接を実現した。また、Ptナノワイヤを低融点In細線に溶接してIn-Pt回路を形成し、通電下にあるPtナノワイヤ上の表面電位差を計測することで、Ptナノワイヤの電気抵抗率を測定することに成功した。3. 金属ナノ溶接部の結晶構造解析これまで実現した同種、および異種金属ナノ接合部の詳細な組織構造解析を実施した。同種金属では両細線の先端同士が溶融、凝固することで溶接が実現したことを走査型電子顕微鏡観察により確認した。一方、異種金属では低融点細線が溶融、凝固することで溶接が実現したことをエネルギ分散型X線分析により確認した。