イオン照射による機能性セラミック・ナノファイバーの合成

Synthesis of functional 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*

高分子薄膜にイオンビームを照射すると、その飛跡に沿って直径ナノオーダーの円筒状架橋体が形成され、未架橋部分を溶媒で溶解除去することで、その円筒状架橋体をナノファイバー化可能である。われわれは、この方法をセラミックス前駆体高分子材料に適用し、セラミックナノ・ファイバーの開発研究を進めてきたが、直径と長さの比が100を越えるような高アスペクト比のナノファイバーの形成においては、未架橋部を除去する際にナノファイバーが基板表面に倒れて積み重なり、高アスペクト比を活かした機能性をナノファイバーに付与する技術開発の障害となっていた。そこで、膜厚230nmの高分子薄膜にXe 450MeVを45の角度で異なる4方向からそれぞれ110ions/cm照射し、イオンビームの飛跡を高分子薄膜中で交錯させ円筒状架橋部を3次元的に相互接続することを試みた。得られたナノファイバーをAFMにより観察した結果、ナノファイバーの基板からの高さは100nmであった。従来の単一方向照射で形成され倒れて重なった場合の厚さは約40nmにすぎないことから、ナノファイバーがメッシュ状に接続され、相互に支え合った自立構造に形成できたと考えられる。照射角度,照射量によりナノメッシュの粗さが制御できれば、高アスペクト比を活かした高活性触媒等の開発へと転換が図れる。

We have succeeded in synthesizing metal folding ceramic (SiC) nano-fiber from Si-based precursor polymers using Single Particle Nanofabrication Technique (SPNT). Si-based polymers were cross-linked along ion tracks of nano-size in diameter through the whole thickness of polymer thin film. Nano-fiber was developed on the surface of the substrate by dissolution and washing away of uncross-linked polymer by solvent. Subsequent pyrolysis converted polymeric into inorganic SiC nano fibers. The diameter of nano fiber was depended on LET (liner energy transfer), molecular weight and cross-linking efficiency of polymers.