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月刊機能材料 2007年1月

【新春特集】 ナノテクノロジーのための超臨界流体技術

商品コード: M0701

  • 発行日: 2006年12月5日
  • 価格(税込): 4,320 円
  • 体裁: B5判
  • ISBNコード: 0286-4835

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目次

【新春特集】 ナノテクノロジーのための超臨界流体技術


はじめに
Preface
阿尻雅文(東北大学 多元物質科学研究所 教授)

【目次】
1. 合成から構造制御、ファブリケーションの時代へ
2. 超臨界流体技術とナノテクノロジー


ナノ空間内における超臨界流体の特性
Behavior of Supercritical Fluids Confined in Nanospace
金久保光央((独)産業技術総合研究所 コンパクト化学プロセス研究センター 主任研究員)
比江嶋祐介(金沢大学 自然科学研究科 物質科学専攻 助手)

 ナノメートル程度の微小空間においては、融点低下や沸点上昇をはじめとして、臨界温度や圧力など相挙動に著しい変化が観測される。本章では、高圧NMR法によりナノ空間内の流体を直接観察する方法とそれにより得られる知見について述べ、バルクにおける挙動とは異なる、ナノ空間内における超臨界流体の特性について記述する。

【目次】
1. はじめに
2. 高圧NMR法
3. ナノ空間内の流体の平均密度とその特性
4. おわりに


超臨界二酸化炭素を用いた溶体急速膨張(RESS)法による有機ナノ粒子設計
Organic Nanoparticles Processing and Design by the Rapid Expansion of Supercritical Solutions using Supercritical Carbon Dioxide
内田博久(信州大学 工学部 物質工学科 助教授)

 本稿では、新しいナノマテリアルデザイン場として期待されている超臨界流体を利用した粒子設計技術について紹介し、続いて医薬用有機化合物のナノ粒子設計という要求に応えるための超臨界二酸化炭素を利用した溶体急速膨張(RESS)法の考え方と操作法について、RS-(±)-イブプロフェンの粒子設計を例として最新の成果をもとに概説する。

【目次】
1. はじめに
2. 超臨界流体を利用した粒子設計法
3. RESS法による有機ナノ粒子設計の操作法
3.1 溶質溶解部と粒子生成部の間の過飽和度の影響
(1) 古典的核形成理論による検討
(2) 実験による検討
3.2 粒子生成直前部の相状態の影響
4. おわりに


超臨界水を用いたナノ粒子製造
Supercritical Hydrothermal Synthesis of Advanced Nanoparticles
大原智(東北大学 多元物質科学研究所 助手)
梅津光央(東北大学 多元物質科学研究所 助手)
名嘉節(東北大学 多元物質科学研究所 助教授)
阿尻雅文(東北大学 多元物質科学研究所 教授)

 われわれは、超臨界場を水熱合成の反応場とすることで、無機ナノ粒子合成に今までにない特性が期待できると考え研究開発を進めてきた。また、超臨界水中では有機物質と金属塩水溶液が均一相を形成し、かつ無触媒下で有機合成反応が進行することに着目し、有機分子が表面に結合した無機ナノ粒子(ハイブリッドナノ粒子)を創製できることを見いだした。ここでは、超臨界水熱法による無機ナノ粒子合成とin-situでの有機表面修飾について紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. 無機ナノ粒子合成
3. 流通式超臨界水熱合成装置
4. ハイブリッドナノ粒子合成
5. おわりに


超臨界二酸化炭素用界面活性剤とその応用
Surfactant for Supercritical Carbon Dioxide and its Application
永井隆文((株)ダイキン環境・空調技術研究所 研究員) 

 二酸化炭素に溶解しにくい化合物を効率的に扱うために、高機能の界面活性剤が求められている。超臨界二酸化炭素用界面活性剤について、対象化合物(極性化合物、高分子)と構造(フッ素系、シリコン系、炭化水素系)に分類して解説した。また界面活性剤の応用例として、筆者らが研究しているレジストパターン乾燥と電解メッキを紹介した。

【目次】
1. はじめに
2. 超臨界CO2用界面活性剤
2.1 界面活性剤の分類
2.2 水‐CO2ミセル形成用界面活性剤
(1) AOT‐フルオロアルキル誘導体
(2) ハイブリッド型硫酸エステル塩
(3) フルオロアルキルリン酸エステル塩(化合物4)
2.3 非フッ素型界面活性剤
(1) シリコン系界面活性剤
(2) 炭化水素系界面活性剤
2.4 高分子合成用界面活性剤
3. 界面活性剤を応用した化学プロセス
3.1 レジストパターン乾燥
3.2 超臨界CO2電解メッキ
4. おわりに


超臨界二酸化炭素中での大容量放電プラズマの形成
Generation of Pulsed Discharge Plasma in Supercritical Carbon Dioxide
佐々木満(熊本大学大学院 自然科学研究科 助教授)
後藤元信(熊本大学大学院 自然科学研究科 教授)

 筆者らは、超臨界流体中で形成した大容量放電プラズマを用いた世界に類のない新規な反応場の形成・実用化をめざしている。本報では、超臨界二酸化炭素中においてパルス放電プラズマが形成する条件の策定および形成プラズマの放電基礎特性の解明と溶媒効果について、実験、理論の両面から解明を試みた結果を紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. パルス放電プラズマについて
2.1 プラズマとは
2.2 パルス放電プラズマとは
3. 超臨界流体中でのプラズマ形成
3.1 実験装置
3.1.1 Blumlein型パルス形成回路(BPFN)
3.1.2 装置概要
3.2 実験手法および解析手法
4. 超臨界二酸化炭素プラズマの反応への利用
4.1 超臨界プラズマの形成現象
4.2 アーク放電
4.3 超臨界プラズマ形成条件と溶媒物性との関連性
4.4 密度と絶縁破壊電圧の関係
5. おわりに


超臨界二酸化炭素エマルションを用いたナノ構造体の調製
Nano-structured Materials by Supercritical Carbon Dioxide Emulsions
大竹勝人(東京理科大学 工学部 工業化学科 教授)
庄野厚(東京理科大学 工学部 工業化学科 講師)

 超臨界二酸化炭素を媒体として形成される、エマルションおよびマイクロエマルション(Water-inCO2:W/CおよびCO2-in Water:C/W)を用いたナノ構造体の調製に関して、2004年以降の研究を中心に紹介した。

【目次】
1. はじめに
2. マイクロエマルションとエマルション
3. ナノ構造体の調製
3.1 W/Cマイクロエマルションを用いたナノ構造体の調製
3.2 W/Cエマルションを用いたナノ構造体の調製
3.3 C/Wエマルションを用いたナノ構造体の調製
3.4 水とCO2が関連するその他のナノ構造体の調製
4. おわりに


超臨界乾燥・洗浄とナノテクノロジー
Supercritical Drying and Cleaning for Nanotechnology
生津英夫(NTTアドバンステクンロジ(株) 先端技術事業本部 担当部長)

 次世代製造技術として期待される超臨界乾燥と超臨界洗浄技術をまとめた。まず、微細パターン形成での問題点となるパターン倒れを例にして、超臨界乾燥の特徴を解説した。乾燥過程に超臨界流体を用いると、表面張力が働かずに無破壊乾燥ができる。また、超臨界流体は、高密度性(溶解性)と高拡散性から、微細構造に入り込みやすい洗浄剤としても期待されている。

【目次】
1. はじめに
2. 超臨界乾燥技術
2.1 ライン列(高密度パターン)のパターン倒れ
2.1.1 パターン倒れの原因
2.1.2 CO2による超臨界乾燥技術
2.1.3 CO2以外の超臨界流体を用いた乾燥技術
3. 孤立ラインのパターン倒れ
4. 乾燥以外のリソグラフィー応用
5. 次世代デバイス開発のための超臨界洗浄技術
6. おわりに


超臨界二酸化炭素を用いた薄膜形成
Thin Film Deposition using Supercritica Carbon Dioxide
霜垣幸浩(東京大学大学院 工学系研究科 マテリアル工学専攻)
杉山正和(東京大学大学院 工学系研究科 総合研究機構)
百瀬健(東京大学大学院 工学系研究科 マテリアル工学専攻)
大久保智弘(東京大学大学院 工学系研究科 マテリアル工学専攻)

 超臨界二酸化炭素を溶媒とし、有機金属原料を加熱反応させて薄膜を形成する超臨界薄膜堆積(SCFD)によるULSI配線用Cu薄膜の形成を中心に、SCFDプロセスの特徴、応用ならびに現状の課題などについて解説する。

【目次】
1. はじめに
2. 超臨界流体を用いた薄膜作製(SCFD)の特徴
3. SCFDによる金属薄膜形成
4. Cu-SCFD
4.1 Cu-SCFD用原料
4.2 可視化セルを用いたCu-SCFDのその場観察
4.3 新規還元剤・添加剤効果の検討
4.4 Cu-SCFD反応機構・速度論
4.5 SCFD下地依存性
5. 酸化膜形成
6. おわりに


超臨界二酸化炭素を用いたナノプレーティング
Nanoplating Utilizing Supercritical CO2
曽根正人(東京工業大学 精密工学研究所 助教授)

 超臨界流体とメッキの融合技術であり、ドライプロセスとウェットプロセスの利点を併せ持つ超臨界ナノプレーティング(SNP)法について記述した。この方法により金属被膜を作製すると、ピンホールのない、つきまわり性・レベリングが高い金属薄膜が得られる。この特長をナノテクノロジーの観点で議論した。

【目次】
1. はじめに
2. 技術背景
3. 超臨界ナノプレーティング(SNP)とは
4. 二酸化炭素/水/界面活性剤系エマルション
5. C/Wエマルションの電気伝導性
6. SNPによる金属被膜
7. ナノ組織金属
8. ナノテクノロジーへの展開
9. おわりに 


超臨界二酸化炭素を用いたプラスチック表面の改質とナノレベル制御
Nano Level Modification of Plastic Surface using Supercritical Carbon Dioxide
遊佐敦(日立マクセル(株) 開発本部 ナノ材料グループ 主任技師)

 高圧状態の二酸化炭素は、プラスチックに対して拡散係数の大きい可塑剤として機能し、臨界点を超えると超臨界状態となり、低分子有機材料を溶解する。これらの特長を利用して、scCO2に溶解した機能材料をプラスチック表層に含浸させ、プラスチック表面を高機能化することができる。われわれは、scCO2によるプラスチックの表面改質を射出成形と同時に行う新規プロセスの開発を進めてきた。たとえば、機能材料として貴金属有機錯体を用いれば、無電解メッキ可能なプラスチック成形体を射出成形できる。射出成形にscCO2を用いたプラスチック表面の改質技術の現状と将来展望について解説する。

【目次】
1. はじめに
2. 表面改質射出成形
2.1 表面改質射出成形とその種類
3. scCO2-無電解メッキ
3.1 背景と目的
3.2 バッチ処理によるscCO2-無電解メッキ
(1) Cyclo Olefin Polymer(COP)
(2) Polyamide(PA)
(3) Polycarbonate(PC)
4. 表面改質射出成形によるプラスチック表面のナノレベル制御
4.1 コアバック法
(1) 染色
(2) メッキ化
4.2 フローフロント法
5. おわりに


ナノスケールキャスティング法
Nanoscale Casting using Supercritical Fluids
若山博昭((株)豊田中央研究所 福嶋特別研究室 研究員)

 鋳型となる基材を超臨界流体中に存在させ、超臨界流体の高拡散性・低粘性を用いて、微細な空間にまで物質を運ぶ輸送溶媒として利用した。超臨界流体に原料前駆体を溶解させ、鋳型へ被覆後、鋳型を除去することで、鋳型のマクロな形状(繊維、粉末、顆粒など)のみならずナノスケールの構造をも形状転写した高表面積多孔体が合成できる。

【目次】
1. はじめに
2. NC法
3. 応用分野


連載 SPring-8の産業利用(7)
X線回折・散乱・蛍光による電子材料ナノ薄膜の構造評価
X-ray Diffraction、Scattering、and Fluorescence Study for the Nano-levelThin Films used in the Electric Devices
淡路直樹((株)富士通研究所 基盤技術研究所 主管研究員)

【目次】
1. はじめに
2. X線反射率・CTR散乱・動径分布関数によるゲート絶縁膜の評価
3. 斜入射蛍光X線による多層薄膜分析
4. X線小角散乱によるナノ粒子・空孔構造
5. 斜入射X線回折による薄膜結晶配向性評価
6. おわりに
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