光機能性材料の作製と、メモリ・発光デバイス・医療診断・太陽電池への応用
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半導体はナノサイズ化すると量子閉じ込め効果が現れます。
CdSe等の化合物半導体ではカラフルで強いフォトルミネッセンスを実現できます。
当たった光の量に応じて発光特性が変わる為、光メモリになります。
また、光照射でナノ粒子が基板上に集積する現象も見つけました。 有機半導体でも構造に応じて発光特性が変化します。エレクトロルミネッセンスを利用するとディスプレイにもなります。 シリコンナノ粒子も可視光領域の蛍光を持ち、生体適合性の点からバイオラベリング応用に期待されています。 また、結晶シリコンは太陽電池の主役でもありますが、高純度シリコンが不足しています。 シリコンを基板状から粒子状に変え、かつ集光技術をあわせると、シリコンを節約できます。 この、球状シリコン太陽電池の研究も進めています。
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 光集積によるCdSeナノ粒子のパターニング  導電性ポリマーの構造制御による多色蛍光 |
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液相分散ナノ粒子は、多くの場合、基板上に並べて使います。
塗布時のせん断で液中に、また塗布・乾燥過程で基板上に、規則構造を自己組織的に作ります。
この過程の観察にはモデリングが威力を発揮します。
ナノ粒子を高速に大面積に並べる・パターニングする実用プロセスの開発を進めています。 またカーボンナノチューブでも、液相に分散し、塗布・薄膜化する方法は、各種デバイス作製に重要です。 直径数nmで長さ数mmとアスペクト比の非常に大きい材料の凝集・分散の理解・制御も試みています。
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 ナノ粒子の自己組織配列のモデリング  フォトポリマー薄膜での自己組織的構造形成 |
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単層カーボンナノチューブ(SWNT)は、直径1 nm前後で長さがmm以上と非常に細長く、
独特な物性も持つナノテク時代の代表的な材料です。
様々な応用が提案され膨大な研究開発がされてきましたが、合成技術が未成熟で、実用例は極僅かです。
ナノチューブの合成には、直径1 nm前後の金属ナノ粒子触媒が重要な鍵を握ります。 私達は、基板上で触媒元素が動き、自己組織的にナノ粒子を形成する過程に着目しました。 触媒金属の膜厚分布を形成、アニールすると、粒径・数密度・組成の異なる様々なナノ粒子を１枚の基板上に作ることができます。 １回の実験で触媒を発見できる、このコンビナトリアル触媒探索技術を武器に、基礎・応用の両面から研究を進めています。 機械工学専攻・丸山研究室と共同研究しています。 また、産学共同研究により、省エネルギーなフィールドエミッションディスプレイ用のエミッタ作製技術や、 ディスプレイ・太陽電池で不可欠な透明電極の研究開発も進めています。
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 アルコールCVD法で合成した良質なSWNT  CMD法による触媒探索  世界トップクラスのSWNT高速成長 (2-3 mm / 30 min)  SWNT SuperGrowth 高解像度版はこちら |
薄膜成長の基礎と、情報デバイス・太陽電池応用
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基板上に原子・分子を降らせると、ナノ粒子が自然に形成します。
この現象を使うと、応用材料が簡単に作れます。
ハードディスクでは10 nm程度の磁石に情報を記録しますが、この方法でサイズ・間隔・向きを揃えて作れます。 金属・シリサイド薄膜は、集積回路等の電子デバイスでの電極として重要です。 数10 nmスケールの空間で、これらの多結晶薄膜がどの様に出来るかを理解・制御し、実デバイスへの適用を目指しています。 基板と膜の結晶方位が揃って成長するエピタキシーは、結晶構造の原子レベルでの制御に使われます。 高温では高速・大面積に起きるこの現象を活用し、 太陽電池の単結晶シリコン基板（厚さ数100 um）の薄膜（約10 um）への置き換えと、 大規模・低コスト製造の実現を目指しています。
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 垂直配向L10-FePt磁性ナノ粒子  太陽電池用単結晶シリコン薄膜合成 |
以前の博士論文
- 高本 篤史 「半導体ナノ粒子分散液の光照射による不安定化と蛍光振動現象」 (2007).
以前の修士論文
- 恩田 拓磨 「高濃度コロイド溶液の流動誘起構造形成」 (2007).
- 上澤 明央 「液相法Siナノ粒子の合成とその評価」 (2007).
- 大島 裕史 「半導体から絶縁体へ相変化するアモルファスシリカ膜の作製と評価」 (2007).
- 桑原 雄一 「エピタキシャルリフトオフプロセスを用いた太陽電池用シリコン薄膜の作製」 (2007).
- 杉目 恒志 「コンビナトリアル手法による触媒探索と単層カーボンナノチューブ合成の理解と制御」 (2007).
- 眞重 洋子 「光重合ポリマーにおける自己組織化構造形成」 (2007).
- 森下 梓 「スパッタ法によるFePt磁性体ナノ薄膜の結晶粒界制御」 (2007).
- 山口 雅裕 「PPV誘導体の光特性とデバイス応用」 (2007).
- 蔡 一新 「乾燥過程におけるナノ粒子系のヘテロ凝集」 (2006).
以前の卒業論文
- 大井 佑記 「有機ELデバイスにおける電圧・電流特性のモデリング」 (2007).
- 奥 圭介 「コロイド凝集系におけるバイモーダル分布形成」 (2007).
- 櫻田 祐貴 「流動場における液相ナノ粒子系の分散凝集メカニズム」 (2007).
- 諸隈 慎吾 「カーボンナノチューブ合成における触媒構造の変化」 (2007).