イオン照射による自立セラミック・ナノファイバーの合成

Synthesis of self-standing ceramic nano-fiber by single particle nanofabrication technique

杉本 雅樹; 吉川 正人; 渡辺 省伍*; 関 修平*

Sugimoto, Masaki; Yoshikawa, Masahito; Watanabe, Shogo*; Seki, Shu*

MeVオーダーのイオンビーム照射により、前駆体高分子材料からセラミックナノワイヤーを合成する新規合成法及びその自立形成法を開発した。セラミックスの前駆体高分子であるポリカルボシランの薄膜にイオンビームを照射すると、その飛跡に沿ってナノオーダーの架橋体が形成される。未架橋部を溶媒で除去し焼成することで、架橋部をセラミックナノワイヤーに転換できた。ナノワイヤーの直径は、イオンビームの線エネルギー付与及び高分子の分子量と架橋効率で、長さはケイ素高分子薄膜の厚さにより制御可能であった。一方、直径に比べ長さが大きい高アスペクト比ナノファイバーを形成した場合、未架橋部分を溶出する工程においてナノファイバーが基板表面に倒れ、個々のナノファイバーを自立状態で形成することが困難であった。そこで、高分子薄膜に対して多角度でイオン照射してナノファイバーを相互に接続する手法を考案し、高アスペクト比ナノファイバーを自立させることに成功した。この技術は、ナノ空隙サイズを制御したセラミクナノメッシュ等の形成に応用可能である。

We have succeeded in synthesizing the self-standing silicon carbide (SiC) nano-fiber from Si-based polymers using Single Particle Nanofabrication Technique (SPNT) with multi angle ion beam irradiation. Si-based polymers were cross-linked by MeV-order heavy-ion along ion tracks of nano-size in radius through the whole thickness of the polymer thin film. Nano fibers were developed on the surface of the substrate by dissolution and washing away of un-crosslinked polymer by solvent. Subsequent pyrolysis converted polymeric into inorganic SiC nano fibers.