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X字状ZnOナノロッドおよびその製造方法 コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P140010258
整理番号 S2014-0124-N0
掲載日 2014年2月13日
出願番号 特願2014-002987
公開番号 特開2015-131738
出願日 平成26年1月10日(2014.1.10)
公開日 平成27年7月23日(2015.7.23)
発明者
  • 市川 洋
  • 廣芝 伸哉
出願人
  • 国立大学法人 名古屋工業大学
発明の名称 X字状ZnOナノロッドおよびその製造方法 コモンズ 新技術説明会
発明の概要 【課題】ZnOナノロッドを基板面に斜めに成長するようにその配向を制御する。
【解決手段】ロッドの径がナノメートルサイズのX字状酸化亜鉛ナノロッドであり、交差する2本のロッドの長軸方向のなす角度が10°~120°である。R面サファイア基板上に酸化亜鉛の薄膜を形成し、亜鉛塩水溶液に塩基を加えた溶液中に基板を浸漬することにより、前記薄膜を成長核として、基板面上にX字状に配向した酸化亜鉛ナノロッドが複数形成される。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


ZnO(酸化亜鉛)ナノロッドは、高いアスペクト比を持つ形状の機能性ナノ材料であることから、近年、その大きな比表面積を利用し、色素増感太陽電池(非特許文献1参照)や紫外線検出センサー(非特許文献2参照)のような光デバイスをはじめ、高感度ガスセンサー(非特許文献3参照)や圧電ナノジェネレーター(非特許文献4参照)などへの応用が図られている。特に水熱合成法で作製されるZnOナノロッドは、簡便かつ低温の溶液プロセスで大面積化が容易という点で非常に優れている。上川らにより、テトラヒドロキシ亜鉛酸イオンZn(OH)4-を前駆体としてZnO結晶を作製する手法が報告されている(特許文献1および非特許文献5参照)。この方法を応用して、種結晶を担持した基板を用いて、基板上にZnOナノロッドを配列して成長させることが可能である(非特許文献6参照)。



水熱合成によるZnOナノロッドの結晶成長は、c軸方向への成長速度が速いため、基板に対して垂直方向にc軸配向して成長する。このため、デバイスへの応用は垂直方向に一軸配向したZnOナノロッド群に限定されてきた。例えばフォース(応力)センサーとして用いる場合、検出できる印加フォースの方向が垂直方向のみに限定される欠点があった(非特許文献7参照)。ナノロッドの配向方向を制御し変化させることができれば、検出方向が多軸的となり高感度なセンシングが期待できる。



具体的には、一次元的な構造のZnOナノロッドを、基板に対して傾斜成長させ、ナノロッドどうしが互いに交差する、すなわちX字状に成長させる等の配向制御ができれば、図1のような構造のフォースセンサーが構成でき、多軸方向に印加されたフォースを検出できるようになる。図2には、上部および下部電極で挟まれたX字状ZnOナノロッドにおいて、上部電極へのフォース印加でナノロッドに起こる変形の想像図を示した。ナノロッドは基板面に対して斜めに成長しているので、フォース印加で、棒がたわむように、変形すると考えられる。この場合、フォース印加が長手方向に限られる配向性ナノロッドを用いたセンサーに比べて、ロッド自体の変形量は大きく、変形量に依存するピエゾ抵抗変化も大きくなる、すなわち、フォースセンシングの感度向上が期待される。またZnOナノロッドが誘電性の場合にも、同様な理由から、発生の難しい、正ピエゾ効果による電圧の発生も期待される。



しかしながら、これまで傾斜成長などのナノロッド成長の配向制御に成功した報告例は見当たらず、図1、図2に示す高感度フォースセンサーを実現するX字状ナノロッドの成長制御は、未だ報告されていない。なお、図1、図2に示すX字状ZnOナノロッドの構造は、フォースセンサーのみならず、ガスセンシングなどにおいても高感度性をもたらすことが予想される。

産業上の利用分野


本発明はZnO微粒子の配向制御技術に関わり、特に応力センサー等に関わる。

特許請求の範囲 【請求項1】
ロッドの径がナノメートルサイズのX字状酸化亜鉛ナノロッド。

【請求項2】
交差する2本のロッドの長軸方向のなす角度が10°~120°である前記[1]に記載のX字状酸化亜鉛ナノロッド。

【請求項3】
ロッドの径が50nm~300nm、ロッドの長軸の長さが1μm~20μmである前記[1]または[2]に記載のX字状酸化亜鉛ナノロッド。

【請求項4】
ロッドの長軸方向がc軸である前記[1]~[3]のいずれかに記載のX字状酸化亜鉛ナノロッド。

【請求項5】
R面サファイア基板上に酸化亜鉛の薄膜を形成し、該薄膜を成長核として、亜鉛塩水溶液に塩基を加えた溶液中に前記基板を浸漬することにより、基板面上にX字状に配向した酸化亜鉛ナノロッドを複数形成するX字状酸化亜鉛ナノロッドの製造方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2014002987thum.jpg
出願権利状態 公開
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