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イオンビーム穿孔を用いた金属ナノニードルの作製

Preparation of metal nano-needles using ion-track membranes

越川 博; 山本 春也; 杉本 雅樹; 喜多村 茜; 澤田 真一; 八巻 徹也

Koshikawa, Hiroshi; Yamamoto, Shunya; Sugimoto, Masaki; Kitamura, Akane; Sawada, Shinichi; Yamaki, Tetsuya

数百MeVに加速した重イオンを高分子膜に照射し、アルカリ溶液で化学エッチングすると、直径が数十nm以上でさまざまな形状の穿孔を作製できる。本研究では、円すい状に制御した穿孔をテンプレートとして用い、蒸着法と電気メッキ法を組み合わせた新しい手法による金属ナノニードル作製を検討した。330MeVに加速した$$^{40}$$Arイオン(フルエンス: 3.0$$times$$10$$^{8}$$ ions/cm$$^{2}$$)を25$$mu$$m厚のポリイミド(PI)膜に照射した後、60$$^{circ}$$Cの次亜塩素酸ナトリウム(NaClO)溶液で30分エッチングすることにより表面直径500nmの円すい状穿孔を得た。その後、穿孔の内壁に金薄膜をスパッタ蒸着し、これを電極としてpH1に調整した1M硫酸銅水溶液を電解液として銅メッキを施した。NaClO溶液でPIテンプレートを溶解、除去し、走査型電子顕微鏡(SEM)により表面を観察したところ、銅基板上に直径500nm、高さ1.2$$mu$$mの銅ナノニードルを作製することができた。

Chemical etching of polymer films irradiated with heavy ions leads to the formation of ion-track membranes with nanoscale pores in different shapes. Particularly, conically-shaped pores are expected to have a potential to create metallic nanoneedles by combination of vapor-deposition and electroplating methods. In this study, we prepared copper nanoneedles inside the conical pores of polyimide (PI)-based ion-track membranes and investigated their morphology. The PI films were irradiated with $$^{40}$$Ar ions. The irradiated films were etched in a sodium hypochlorite solution at 60$$^{circ}$$C for 0.5 h, leading to the formation of conical pores with a surface diameter of ca. 500 nm. A very thin Au layer was deposited on this pore side of the ion-track membranes; then, it was used as a cathode for electroplating copper into the pores. After dissolving the PI templates, we obtained the copper needles ca. 500 nm in base diameter and 1.2 $$mu$$m in height on copper plates.

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