ナノ粒子の高速結晶変態現象の解明とこれを利用した高感度センサ

本研究では、ナノ粒子特有の高速結晶変態現象の解明とこれを利用した高感度センサの開発を目指した基礎データの蓄積を目指して研究を進めた。この現象は、これまでのわれわれの研究成果である、サイズが20nm以下の酸化コバルトナノ粒子を堆積させた膜がガス雰囲気によってCo_30_4とCoOの間で可逆的高速相変態を起こすという実験結果に基づいたものである。この場合、スピネル型のCo_3O_4とNaCl型のCoOという結晶構造類似性が低い2つの異なる構造間で現象であり、これまでほとんど研究されてこなかったものである。そこで本研究では、この現象の本質をより深く理解するために、可逆的な相変態を高速に起こさせるため必要な条件(物質、サイズ、表面状態、分散状態)とそのメカニズムの解明を目指した研究に取り組んできた。特に、マイクローナノ階層構造と呼ばれる構造を酸化コバルトで作製することを試み、そのセンサ特性について検討した。まず、サプミクロンサイズの真球状ポリスチレンピーズを基板上に六方最密充填させて規則配列を作製し、この上にレーザーアブレーション法により,ナノ細孔をもつ酸化コバルトを蒸着して、マイクローナノ階層構造を作製した。その結果,このような構造は非常に大きなガスセンサ特性を持つことがわかり、しかもその応答特性は非常に速かった。また、このようなマイグローナノ階層構造薄膜は超親水性を示すこともわかった。通常の薄膜で得られたナノ粒子堆積膜よりも優れた機能特性を示すことから形態の効果が非常に大きいことがわかった。しかし.現状ではナノ粒子サイズを作り分けることが十分できなかったため、この効果については今後の課題である。

本研究では、ナノ粒子特有の高速結晶変態現象の解明とこれを利用した高感度センサの開発を目指した基礎データの蓄積を目指して研究を進めた。この現象は、これまでのわれわれの研究成果である、サイズが20nm以下の酸化コバルトナノ粒子を堆積させた膜がガス雰囲気によってCo_30_4とCoOの間で可逆的高速相変態を起こすという実験結果に基づいたものである。この場合、スピネル型のCo_3O_4とNaCl型のCoOという結晶構造類似性が低い2つの異なる構造間で現象であり、これまでほとんど研究されてこなかったものである。そこで本研究では、この現象の本質をより深く理解するために、可逆的な相変態を高速に起こさせるため必要な条件(物質、サイズ、表面状態、分散状態)とそのメカニズムの解明を目指した研究に取り組んできた。特に、マイクローナノ階層構造と呼ばれる構造を酸化コバルトで作製することを試み、そのセンサ特性について検討した。まず、サプミクロンサイズの真球状ポリスチレンピーズを基板上に六方最密充填させて規則配列を作製し、この上にレーザーアブレーション法により,ナノ細孔をもつ酸化コバルトを蒸着して、マイクローナノ階層構造を作製した。その結果,このような構造は非常に大きなガスセンサ特性を持つことがわかり、しかもその応答特性は非常に速かった。また、このようなマイグローナノ階層構造薄膜は超親水性を示すこともわかった。通常の薄膜で得られたナノ粒子堆積膜よりも優れた機能特性を示すことから形態の効果が非常に大きいことがわかった。しかし.現状ではナノ粒子サイズを作り分けることが十分できなかったため、この効果については今後の課題である。