ナノ表面制御可能な超臨界ナノプレイティングにおける電導機構の解明

本申請者は、超臨界二酸化炭素は電解質溶液とは混合しないが少量の界面活性剤を添加することによりエマルジョン化が可能であることを見いだした(特許JP3571627)。このエマルジョン化により液面が上昇し、系全体が通電し、プレイティングが均一に行われることを発見した(Chem.Lett.,1086-1087,(2002))。この方法は超臨界流体技術とめっき技術を融合させたものであり、低環境負荷型超臨界流体ナノプレイティングシステム(SSNP)と命名した。SSNP法により得られたニッケル金属皮膜は従来のめっき法で作製された膜と異なり、ピンホールが無くレベリングも高く、更に金属粒径が10nmと非常に細かく緻密であり硬度も高いことが明らかとなっている。また、通常電気めっきは面粗度が悪化する方向に皮膜成長が行われるのに対し、面粗度が33nmの基板の上にSNP法によるめっきを行うと、面粗度20nmを達成する均一な高性能膜が生成することがわかっている。本研究では、このSSNP法により得られる皮膜の硬度や面粗度向上などの特殊性を、高圧容器中の超臨界流体エマルジョン場に微細な端子を入れミリ秒単位の電流を計測すると同時に、この測定で得られた皮膜を電子顕微鏡で観察し、この特異な電気化学反応場と得られる皮膜の相関を明らかにすることを計画・実行した。この結果、超臨界流体エマルジョン場を通る電流値の振幅が、析出金属の粒界の大きさと相関があることが明らかとなった。この結果により、12nmから9nmまでの析出金属粒界制御が可能となった。また、さらにSSNP皮膜により得られた皮膜の硬度や耐摩耗性を測定し、従来のめっき法と比較し、優れた機械的特性を有することを明らかにした。本研究開発の結果、SSNPはナノテクノロジーのための微細な金属部材の形成に有効であり、高い制御性を有する金属材料作成方法であることがわかった。

本申請者は、超臨界二酸化炭素は電解質溶液とは混合しないが少量の界面活性剤を添加することによりエマルジョン化が可能であることを見いだした(特許JP3571627)。このエマルジョン化により液面が上昇し、系全体が通電し、プレイティングが均一に行われることを発見した(Chem.Lett.,1086-1087,(2002))。この方法は超臨界流体技術とめっき技術を融合させたものであり、低環境負荷型超臨界流体ナノプレイティングシステム(SSNP)と命名した。SSNP法により得られたニッケル金属皮膜は従来のめっき法で作製された膜と異なり、ピンホールが無くレベリングも高く、更に金属粒径が10nmと非常に細かく緻密であり硬度も高いことが明らかとなっている。また、通常電気めっきは面粗度が悪化する方向に皮膜成長が行われるのに対し、面粗度が33nmの基板の上にSNP法によるめっきを行うと、面粗度20nmを達成する均一な高性能膜が生成することがわかっている。本研究では、このSSNP法により得られる皮膜の硬度や面粗度向上などの特殊性を、高圧容器中の超臨界流体エマルジョン場に微細な端子を入れミリ秒単位の電流を計測すると同時に、この測定で得られた皮膜を電子顕微鏡で観察し、この特異な電気化学反応場と得られる皮膜の相関を明らかにすることを計画・実行した。この結果、超臨界流体エマルジョン場を通る電流値の振幅が、析出金属の粒界の大きさと相関があることが明らかとなった。この結果により、12nmから9nmまでの析出金属粒界制御が可能となった。また、さらにSSNP皮膜により得られた皮膜の硬度や耐摩耗性を測定し、従来のめっき法と比較し、優れた機械的特性を有することを明らかにした。本研究開発の結果、SSNPはナノテクノロジーのための微細な金属部材の形成に有効であり、高い制御性を有する金属材料作成方法であることがわかった。