微小固体電解質電極による局部選択型ドーピング法の開発

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初年度は固体電解質の有するイオン伝導性を駆動力とした金属イオン注入法に関して、針状の固体電解質(微小イオン伝導性電極)を用いて、固体材料への目的部分のみへの局部選択型ドーピング法を提案した今年度は局部選択的ドーピングの応用として、微小電極近傍の電位分布制御やイオン注入セルの形状の工夫により、ガラス表面あるいはガラス内部への異種金属イオン組成分布制御を検討した。すなわち、ガラス内の微小部分の化学組成を電気化学的にデザインするのである。実際には微小イオン伝導性電極とガラスの微小界面に直流電圧を印可しながらイオン伝導性電極を走査することで、金属イオンをガラス内に注入しながら、金属イオン組成分布のパターニングを試みた。このときガラス内のアルカリ金属イオンがイオン伝導性電極中の金属イオンと置換されることでドーピングが進行する。この結果、ガラス表面近傍に最小10μmスケールで異種元素組成を描画することに成功した。さらに、複数のドーピング段階を組み合わせることで、ガラス内部の異種元素組成制御にも成功した。ガラス内の金属イオン分布を自由に制御できることは、ガラスの局所機能性を自由にデザインできることを意味している。ガラス組成の微細加工は局所の屈折率の誘発などフォトニクスガラス作製技術の中核を担っているため、この技術が確立されれば、センサーや電池のような固体電解質の代表的応用例としての可能性が示唆される。