カーボンナノチューブ積層型ナノコンポジット薄膜の機械的性質の非線形性に関する研究

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高い引張強度や弾性率を有するカーボンナノチューブの性質に着目し、金属あるいは酸化物マトリックスとナノコンポジット化することにより、特異な機械的性質の発現を目指し研究を行った。今年度は積層構造あるいはナノコンポジット構造形成の容易さから、スパッタリング法によるカーボンナノチューブの作製を行った。様々の物質を検討した結果、ガラス基板上にシリコンを50nm、Coを150nm成膜した積層構造薄膜を作製した後、メタンガスを用いて炭素ターゲットをスパッタリングした場合、カーボンナノチューブやカーボンナノウォール構造をもつ炭素薄膜を得ることができた。この二つの構造は成膜条件によって変化し、スパッタリング時のガス圧力が1Pa程度のときにナノチューブ構造を、5Pa程度のときにナノウォール構造をとることがわかった。また構造は投入電力にほとんど影響を受けないこともわかった。成膜時の基板温度は、600℃以上必要であることがわかった。さらにスパッタリングガスにはメタンガスが必要であり、アルゴンガスだけでは平滑な薄膜しか得られないこと、またメタンとアルゴンの混合ガスではカーボンナノウォール構造が十分成長しないことも分かった。今後は得られたカーボンナノチューブあるいはカーボンナノウォール構造の成長する最適条件をさらに探索するとともに、チタン薄膜との積層、あるいはコンポジット薄膜を作製し、超微少押し込み硬さ試験による機械的特性の非線形性発現を目指す。