新規1次元複合ナノ構造体の調製と熱電応用

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本研究では、1次元ナノ構造集合体の調製・物性測定技術と、その物性測定技術を組み合わせることで、サイズ効果が現れる条件を精密に決定するとともにサイズ効果の本質やメカニズムについて検討することを目標に研究を進めた。前年度は、斜め蒸着法とレーザーアブレーション法を組み合わせてさまざまな形態をもつ酸化コバルトナノ構造体の調製を試みたが、今年度は単層コロイド膜をテンプレートとして、これにレーザーアブレーション法を用いて各種酸化物を蒸着することで1次元ナノ構造体の調製を試みた。数Pa前後の圧力領域で蒸着することにより、酸化コバルトや酸化鉄の場合ではテンプレートとして用いた真球状ポリスチレンの表面に垂直・放射状に1次元ナノ構造体が成長したナノ構造をもち、これらがコロイド粒子集合体の凹凸を反映したマイクロ構造を形作っているマイクロ-ナノ階層構造体が得られた。この構造は上から見ると規則配列ポリスチレン粒子に起因する六方最密充填構造を取るが、さらにこれを熱処理することによりこれらの格子点はそのままの位置を保ったまま収縮することで、六方「非」最密充填と言うべき構造を得ることに成功してきた。さらにこれらの構造体は、接触角がほぼ0°で長期間安定な優れた超親水性を示すこと、マイクロ-ナノ階層構造をもたない場合と比較して高い触媒活性を示すこと、ナノワイヤなどのさまざまな一次元構造体と比較しても同等で安定性に優れた電界放射特性を示すことがわかってきた。さらに、光応答型のガスセンサ機能に関しても酸化コバルトの系で透過率が0-100%の広い範囲で変化する高感度応答特性を示すことがわかった。当初の目標である熱電特性の測定までには至らなかったが、今後もこのようなユニークな構造体の特徴を活かした機能特性の開拓に取り組んでいく予定である。