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[プレスリリース]
新しいシリコンナノ物質の化学特性の評価に成功
~触媒や電子デバイスへの応用に期待~

研究
2015/11/02  科学技術振興機構(JST)
慶應義塾大学

ポイント
金属原子をシリコン原子が球状に取り囲む「金属内包シリコンナノクラスター」を材料として活用するため、化学特性の評価が期待されていた。
金属内包シリコンナノクラスターを気相合成し、固体表面で集積・薄膜化すると、化学的および熱的に高い安定性を示すことを構造解析で明らかにした。
触媒や電子デバイス、磁気デバイスなどに応用する、ナノ機能材料として期待される。
JST戦略的創造研究推進事業において、慶應義塾大学理工学部の中嶋敦教授らは、本研究グループが開発した16個のシリコン原子が中心の金属原子を球状に取り囲む「金属内包シリコンナノクラスター」の、酸素との反応性や熱的安定性の評価に成功し、化学的安定性の高い物質であることを明らかにしました。

ナノクラスターは、数個から千個程度の原子・分子が集合した数ナノ(ナノは10億分の1)メートルほどの大きさの超微粒子です。原子・分子より大きく、バルクよりも小さいナノクラスターは、そのどちらとも異なる特異的な性質や機能を持っています。その物理・化学的性質は、原子数や組成、荷電状態によって制御することができ、触媒、電子デバイス、磁気デバイスなどへの応用が期待されています。特に、エレクトロニクス分野では、シリコンなど半導体材料のナノクラスターを積み木のように組み上げて、新たな機能を持つ超微細集積構造を生み出す技術が注目されています。

ナノクラスターの化学的・熱的安定性は、材料として活用する上で、極めて大切な性質です。しかし、これまで気相合成されたナノクラスターの構造や反応変化の様子を的確に追跡する手段が乏しかったため、その化学特性を材料応用の視点から評価することは極めて困難でした。

本研究グループでは、16個のシリコン原子が、1個のタンタル金属原子を球状に包み込む金属内包シリコンクラスター(Ta@Si16ナノクラスター)の気相合成に成功しています。このTa@Si16ナノクラスターをグラファイト基板上に蒸着し、化学特性を評価しました。その結果、Ta@Si16ナノクラスターが、シリコン単体よりも酸化されにくいことや、400℃程度まで安定であることを明らかにしました。

本研究成果は、ナノクラスターを基本単位として新たな機能材料や超高集積光・電子デバイスを実現するための基盤技術として利用価値が高いと考えられます。

本研究成果は、米国化学会の学術誌「Journal of the American Chemical Society」のオンライン版で近日中に公開されます。

プレスリリース全文は、以下をご覧ください。

プレスリリース(PDF)

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