JP2006068827A - Nanohole array, manufacturing method thereof, composite material and manufacturing method thereof - Google Patents

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Hideki Masuda
秀樹 益田
Takashi Yagishita
崇 柳下
Futoshi Matsumoto
太 松本
Kazuyuki Nishio
和之 西尾
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology for manufacturing a nanohole array, the pore period, pore diameter and film thickness of which are controlled with high accuracy. <P>SOLUTION: According to this manufacturing method of a nanohole array, a pore of an anodized porous alumina film is filled with a first material, and further the periphery of the porous alumina film is also covered with the first material. After that, the alumina is removed to manufacture a pillar array structure having upper and lower support layers. A void between pillars of the pillar array structure having the upper and lower support layers is filled with a second material. After that, the pillar array structure is removed to manufacture a nanohole array. This invention further provides a composite material and a manufacturing method thereof using the above nanohole array. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ナノホールアレーおよびその製造方法並びにそのナノホールアレーを用いた複合材料およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a nanohole array and a manufacturing method thereof, a composite material using the nanohole array, and a manufacturing method thereof.

サブミクロンからナノメータースケールの微細なサイズの細孔を有する多孔質材料は、触媒、センサー、電子・光学デバイス等への応用が期待されている。多孔質構造材料の作製は、金属、金属酸化物、ポリマーなど様々な物質により検討されており、またその作製法も多岐にわたる。一般に、形成される多孔質構造材料は、枝分かれした網目状の細孔構造や、円柱状の細孔が不規則に配列した構造を有するものであり、サイズの均一な細孔が膜面に対して垂直に規則配列したホールアレー構造を作製することは困難である。このような問題点を解決することを目的とし、2 段階の転写プロセスにより陽極酸化ポーラスアルミナがもつ特徴的な幾何学構造を他の物質に転写し、ナノメータースケールで細孔が規則的に配列したホールアレー構造を得る手法が提案されている(非特許文献1)。この手法では、陽極酸化ポーラスアルミナの細孔内にポリマーや金属等の物質を充填し、その後、アルミナを溶解除去することでネガ型構造の作製を行い、形成されたネガ型を鋳型として再び物質の充填を行うことで、ナノメータースケールの細孔が規則的に配列したナノホールアレーを得ることができる。   Porous materials having fine pores of submicron to nanometer scale are expected to be applied to catalysts, sensors, electronic / optical devices, and the like. Fabrication of porous structural materials has been studied with various substances such as metals, metal oxides, and polymers, and the fabrication methods are diverse. In general, the formed porous structure material has a branched mesh-like pore structure or a structure in which cylindrical pores are irregularly arranged, and pores having a uniform size with respect to the membrane surface. It is difficult to fabricate a vertically aligned hole array structure. In order to solve these problems, the characteristic geometric structure of anodized porous alumina is transferred to other materials by a two-step transfer process, and pores are regularly arranged on a nanometer scale. A technique for obtaining a hole array structure has been proposed (Non-Patent Document 1). In this method, the pores of anodized porous alumina are filled with a material such as a polymer or metal, and then the alumina is dissolved and removed to produce a negative structure, and the material is formed again using the formed negative mold as a template. In this way, a nanohole array in which nanometer-scale pores are regularly arranged can be obtained.

しかしながら、上記方法では、ネガ型であるピラー構造体の長さが長くなると、アルミナを溶解除去した後に直立構造を維持することが困難であり、規則構造を保持することが難しいという問題点があった。このため、従来技術では、規則的な細孔配列を有する高アスペクト比のナノホールアレーの作製が困難であり、細孔径と細孔深さの比であるアスペクト比が10以上の高規則性ナノホールアレーを得るには至っていない。また、従来法では、得られるホールアレーの膜厚を、厳密に制御することが困難であるという問題点も有していた。
H.Masuda, and K. Fukuda, Science, 268, 1466 (1995)
However, in the above method, if the length of the negative pillar structure is increased, it is difficult to maintain an upright structure after dissolving and removing alumina, and it is difficult to maintain a regular structure. It was. For this reason, it is difficult to produce a high aspect ratio nanohole array having a regular pore arrangement in the prior art, and a highly ordered nanohole array having an aspect ratio of 10 or more, which is the ratio of pore diameter to pore depth. I haven't come to get. Further, the conventional method has a problem that it is difficult to strictly control the film thickness of the hole array obtained.
H. Masuda, and K. Fukuda, Science, 268, 1466 (1995)

本発明は、幅広い応用展開が期待されるナノホールアレーを作製する際の上記のような問題点を解決するために、サイズの均一な細孔が規則的に配列した高アスペクト比のホールアレーを容易に得る手段について鋭利検討を行った結果としてなされたものである。すなわち、本発明の課題は、細孔周期、細孔径、膜厚を高精度に制御したナノホールアレーを大面積で作製可能な技術を提供することにある。併せて、本発明は、そのようなナノホールアレーを用いた複合材料およびその製造方法を提供することも課題とする。   In order to solve the above-mentioned problems in producing a nanohole array that is expected to be applied in a wide range of applications, the present invention facilitates a high-aspect-ratio hole array in which pores of uniform size are regularly arranged. This has been made as a result of a keen examination of the means to obtain. That is, the subject of this invention is providing the technique which can produce the nanohole array which controlled the pore period, the pore diameter, and the film thickness with high precision with a large area. In addition, another object of the present invention is to provide a composite material using such a nanohole array and a method for producing the same.

上記課題を解決するために、本発明は、陽極酸化ポーラスアルミナ膜を利用して作製したピラーアレー構造体を鋳型とし、細孔配列規則性に優れたホールアレーを得るものである。   In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a hole array excellent in pore arrangement regularity using a pillar array structure produced using an anodized porous alumina film as a template.

すなわち、本発明に係るナノホールアレーの製造方法は、陽極酸化ポーラスアルミナ膜の細孔内に第1の物質を充填し、さらにポーラスアルミナ膜の周りも該第1の物質で覆った後アルミナを除去することにより作製した上下支持層を有するピラーアレー構造体のピラー間の空隙に第2の物質を充填し、しかる後に、ピラーアレー構造体を除去することによってホールアレーを作製することを特徴とする方法からなる。   That is, in the method for producing a nanohole array according to the present invention, the pores of the anodized porous alumina film are filled with the first substance, and the porous alumina film is covered with the first substance, and then the alumina is removed. From the method characterized in that a hole array is manufactured by filling a space between pillars of a pillar array structure having an upper and lower support layer manufactured by filling a second substance and then removing the pillar array structure. Become.

この本発明に係るナノホールアレーの作製には、陽極酸化ポーラスアルミナ膜の細孔内およびアルミナ基材の周りを金属、金属酸化物、ポリマーなどの第1の物質で充填および被覆した後、アルミナ部分のみ選択的に溶解除去することにより形成されたピラーアレー構造体を鋳型として用いる。このような方法で形成されるピラーアレー構造体は、各ピラーが上層と下層の2 層で支持された構造体であることから、アルミナ部分を溶解除去した後でも各ピラーの直立構造を保持することが可能である。そのため、膜面に対して直行した細孔が規則配列したホールアレーを作製する際の鋳型として適している。形成されたピラーアレー構造体の空隙に第2の物質の充填を行い、その後、第1の物質で構成されているピラー構造体部分を除去することで細孔配列規則性に優れたナノホールアレー構造が作製できる。   The nanohole array according to the present invention is prepared by filling and covering the pores of the anodized porous alumina film and the periphery of the alumina base material with the first substance such as metal, metal oxide, polymer, etc. Only a pillar array structure formed by selective dissolution and removal is used as a template. Since the pillar array structure formed by such a method is a structure in which each pillar is supported by two layers, an upper layer and a lower layer, the pillar upright structure can be maintained even after the alumina portion is dissolved and removed. Is possible. Therefore, it is suitable as a template for producing a hole array in which fine holes perpendicular to the film surface are regularly arranged. By filling the voids of the formed pillar array structure with the second substance, and then removing the pillar structure part composed of the first substance, a nanohole array structure having excellent pore arrangement regularity is obtained. Can be made.

上記方法においては、陽極酸化ポーラスアルミナ膜の細孔径および細孔深さは、陽極酸化電圧、陽極酸化時間を変化させることにより制御することが可能であることから、形成されるホールアレーの細孔径は10nmから450nm、細孔深さは100nm から100μm の範囲で制御することが可能である。したがって、細孔径が10nmから450nm である陽極酸化ポーラスアルミナ膜を用いて作製されたピラーアレー構造体のピラー間の空隙に第2の物質を充填することができる。また、膜厚が100nm から100μm である陽極酸化ポーラスアルミナ膜を用いて作製されたピラーアレー構造体のピラー間の空隙に第2の物質を充填することができる。   In the above method, the pore diameter and pore depth of the anodized porous alumina film can be controlled by changing the anodizing voltage and the anodizing time. Can be controlled in the range of 10 nm to 450 nm and the pore depth in the range of 100 nm to 100 μm. Therefore, the second substance can be filled in the voids between the pillars of the pillar array structure manufactured using the anodized porous alumina film having a pore diameter of 10 nm to 450 nm. Further, the second substance can be filled in the gaps between the pillars of the pillar array structure manufactured using the anodized porous alumina film having a thickness of 100 nm to 100 μm.

本発明に係るナノホールアレーは、陽極酸化ポーラスアルミナ膜の細孔内に第1の物質を充填し、さらにポーラスアルミナ膜の周りも該第1の物質で覆った後アルミナを除去することにより作製した上下支持層を有するピラーアレー構造体のピラー間の空隙に第2の物質を充填した後、ピラーアレー構造体を除去することによって作製されたことを特徴とするものからなる。   The nanohole array according to the present invention was prepared by filling the pores of the anodized porous alumina film with the first substance, covering the porous alumina film with the first substance, and then removing the alumina. The pillar array structure having the upper and lower support layers is filled with the second substance in the gap between the pillars, and then the pillar array structure is removed.

このナノホールアレーにおいても、細孔径が10nmから450nm である陽極酸化ポーラスアルミナ膜を用いて作製されたピラーアレー構造体を用いて作製することができ、また、膜厚が100nm から100μm である陽極酸化ポーラスアルミナ膜を用いて作製されたピラーアレー構造体を用いて作製することができる。   This nanohole array can also be produced using a pillar array structure produced using an anodized porous alumina film having a pore diameter of 10 nm to 450 nm, and an anodized porous film having a film thickness of 100 nm to 100 μm. It can be produced using a pillar array structure produced using an alumina film.

上記のピラーアレー構造体の空隙に物質を充填する方法は、サブミクロンからナノメータースケールで異なる物質を複合化させた構造体の作製法としても有効である。物質充填後、ピラーアレー構造体の上層及び下層を除去することにより、細孔内に他の物質が充填されたホールアレー構造を得ることもできる。   The above-described method for filling the voids in the pillar array structure with a substance is also effective as a method for producing a structure in which different substances are combined on a submicron to nanometer scale. By removing the upper layer and the lower layer of the pillar array structure after the material is filled, a hole array structure in which other materials are filled in the pores can also be obtained.

ピラーアレー構造体のピラー間の空隙に充填する第2の物質としては、例えば、金属、金属塩、無機酸化物、モノマー、ポリマーのいずれかを用いることができる。また、とくに、ピラーアレー構造体のピラー間の空隙に充填する第2の物質として、フッ素系樹脂(例えば、”テフロン”(登録商標))を用いることができる。   As the second substance that fills the gaps between the pillars of the pillar array structure, for example, any of metal, metal salt, inorganic oxide, monomer, and polymer can be used. Further, in particular, a fluorine-based resin (for example, “Teflon” (registered trademark)) can be used as the second substance that fills the gaps between the pillars of the pillar array structure.

本発明に係る複合材料の製造方法は、陽極酸化ポーラスアルミナ膜の細孔内に第1の物質を充填し、さらにポーラスアルミナ膜の周りも該第1の物質で覆った後アルミナを除去することにより作製した上下支持層を有するピラーアレー構造体のピラー間の空隙に第2の物質を充填し、しかる後に、前記上下支持層を除去することによって第2の物質からなるホールアレーの細孔内に第1の物質が充填された複合材料を作製することを特徴とする方法からなる。   In the method for producing a composite material according to the present invention, the first substance is filled in the pores of the anodized porous alumina film, and the alumina is removed after covering the porous alumina film with the first substance. Fill the voids between the pillars of the pillar array structure having the upper and lower support layers prepared by the above, and then remove the upper and lower support layers into the pores of the hole array made of the second substance. The method comprises producing a composite material filled with a first substance.

この方法においても、細孔径が10nmから450nm である陽極酸化ポーラスアルミナ膜を用いて作製されたピラーアレー構造体のピラー間の空隙に第2の物質を充填することができ、また、膜厚が100nm から100μm である陽極酸化ポーラスアルミナ膜を用いて作製されたピラーアレー構造体のピラー間の空隙に第2の物質を充填することができる。   Also in this method, the second substance can be filled in the voids between the pillars of the pillar array structure manufactured using the anodized porous alumina film having a pore diameter of 10 nm to 450 nm, and the film thickness is 100 nm. The space between the pillars of the pillar array structure manufactured using the anodized porous alumina film having a thickness of 100 μm to 100 μm can be filled with the second substance.

本発明に係る複合材料は、陽極酸化ポーラスアルミナ膜の細孔内に第1の物質を充填し、さらにポーラスアルミナ膜の周りも該第1の物質で覆った後アルミナを除去することにより作製した上下支持層を有するピラーアレー構造体のピラー間の空隙に第2の物質を充填した後、前記上下支持層を除去することによって第2の物質からなるホールアレーの細孔内に第1の物質が充填された構造に構成されたことを特徴とするものからなる。   The composite material according to the present invention was manufactured by filling the pores of the anodized porous alumina film with the first substance, and covering the porous alumina film with the first substance and then removing the alumina. After filling the space between the pillars of the pillar array structure having the upper and lower support layers with the second substance, the first substance is placed in the pores of the hole array made of the second substance by removing the upper and lower support layers. It consists of what was comprised by the structure filled up.

この複合材料においても、細孔径が10nmから450nm である陽極酸化ポーラスアルミナ膜を用いて作製されたピラーアレー構造体を用いて作製することができ、また、膜厚が100nm から100μm である陽極酸化ポーラスアルミナ膜を用いて作製されたピラーアレー構造体を用いて作製することができる。   This composite material can also be produced using a pillar array structure produced using an anodized porous alumina film having a pore diameter of 10 nm to 450 nm, and an anodized porous film having a film thickness of 100 nm to 100 μm. It can be produced using a pillar array structure produced using an alumina film.

この複合材料においても、ピラーアレー構造体のピラー間の空隙に充填する第2の物質として、例えば、金属、金属塩、無機酸化物、モノマー、ポリマーのいずれかを用いることができる。また、とくに、ピラーアレー構造体のピラー間の空隙に充填する第2の物質として、フッ素系樹脂(例えば、”テフロン”(登録商標))を用いることができる。   Also in this composite material, for example, any of a metal, a metal salt, an inorganic oxide, a monomer, and a polymer can be used as the second substance that fills the gaps between the pillars of the pillar array structure. Further, in particular, a fluorine-based resin (for example, “Teflon” (registered trademark)) can be used as the second substance that fills the gaps between the pillars of the pillar array structure.

本発明に係るナノホールアレーおよびその製造方法によれば、高規則性で配列された細孔を有する陽極酸化ポーラスアルミナ膜を利用して作製した、上下支持層により各ピラーが倒れることなく高規則性の所定の形態を維持した状態で保持されたピラーアレー構造体を鋳型として用いてホールアレーを作製するようにしたので、細孔周期、細孔径、膜厚を高精度に制御したナノホールアレーを大面積で作製することが可能になる。   According to the nanohole array and the method for manufacturing the same according to the present invention, a high regularity is produced without tilting each pillar by the upper and lower support layers, which is produced using an anodized porous alumina film having pores arranged with high regularity. Since the hole array was fabricated using the pillar array structure held in a state in which the predetermined shape of the hole was maintained as a template, the nanohole array in which the pore period, the pore diameter, and the film thickness were controlled with a high degree of accuracy was used. Can be produced.

また、本発明に係る複合材料およびその製造方法によれば、上記のようなナノホールアレーの作製過程で上下支持層を除去し、第2の物質からなるナノホールアレーの細孔内に第1の物質が充填された形態の複合材料を構成できるようにしたので、第2の物質中にピラー形態の第1の物質が所望の周期、径で高規則性をもって均一に配列された複合材料を得ることができ、従来均一に複合化することが困難であった材料においても、望ましい形態の複合構造材料を構成することが可能になる。   Further, according to the composite material and the manufacturing method thereof according to the present invention, the upper and lower support layers are removed in the process of manufacturing the nanohole array as described above, and the first substance is placed in the pores of the nanohole array made of the second substance. Since the composite material in the form filled with can be configured, the composite material in which the first substance in the pillar form is uniformly arranged with a desired cycle and diameter and high regularity in the second substance can be obtained. It is possible to form a composite structure material having a desired form even in a material that has been difficult to be uniformly compounded in the past.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
アルミニウムを酸性電解液中で陽極酸化しポーラスアルミナを作製後、地金金属および酸化皮膜底部を除去することによって、図1(A)に示すような細孔1aが貫通したポーラスアルミナ1の皮膜を得ることができる。ホールアレーを作製するための鋳型材料となるピラーアレー構造体を作製するために、貫通孔化したポーラスアルミナ膜1の細孔内へ第1の物質2の充填を行い、同時にアルミナ基材の周囲も第1の物質2で被覆し、その後、アルミナ部分のみ選択的に溶解除去する。これによって、第1の物質2で形成され、上下支持層間に、上記細孔周期を同じ周期で形成されたピラーが介在するピラー構造体3が構成される(図1(B))。充填する第1の物質としては、ポリマー、金属、金属酸化物などを用いることができる。例えば、モノマー溶液中に貫通孔化したポーラスアルミナ膜を浸漬した後、熱や光によって重合することで、ポーラスアルミナ膜の細孔内部および周囲をポリマー材料で充填した構造体を得ることができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
After anodizing aluminum in an acidic electrolyte to produce porous alumina, the base metal and the bottom of the oxide film are removed, thereby forming a porous alumina 1 film having pores 1a as shown in FIG. 1 (A). Obtainable. In order to produce a pillar array structure as a template material for producing the hole array, the first substance 2 is filled into the pores of the porous alumina film 1 having the through holes, and the periphery of the alumina base material is also formed. After coating with the first substance 2, only the alumina portion is selectively dissolved and removed. As a result, a pillar structure 3 is formed which is formed of the first substance 2 and includes the pillars formed with the same pore period between the upper and lower support layers (FIG. 1B). As the first substance to be filled, a polymer, a metal, a metal oxide, or the like can be used. For example, after immersing a porous alumina film formed into a through-hole in a monomer solution and polymerizing with heat or light, a structure in which the inside and the periphery of the pores of the porous alumina film are filled with a polymer material can be obtained.

次いで、第1の物質中に埋め込まれたアルミナが除去される(図1(C))。この第1の物質中に埋め込まれたアルミナを選択的に溶解除去するためには、充填物質を研磨しポーラスアルミナの側面の一部を露出させる必要がある。充填物質の研磨方法は、機械研磨のほかイオンミリングなどの真空中での研磨を用いることができる。充填物質に埋め込まれたポーラスアルミナは、その一部を露出させた状態で、充填物質が溶解しない酸またはアルカリ溶液中に浸漬することにより選択的に除去することができ、該除去によって、ピラー間に空隙を有し、第1の物質2からなる上下支持層を有するピラーアレー構造体3を作製できる。   Next, the alumina embedded in the first substance is removed (FIG. 1C). In order to selectively dissolve and remove the alumina embedded in the first material, it is necessary to polish the filling material and expose a part of the side surface of the porous alumina. As a polishing method for the filling material, in addition to mechanical polishing, polishing in vacuum such as ion milling can be used. The porous alumina embedded in the filling material can be selectively removed by immersing it in an acid or alkali solution in which the filling material does not dissolve, with a part of the porous alumina being exposed. The pillar array structure 3 having the upper and lower support layers made of the first substance 2 can be produced.

上記アルミナ部分の除去によって形成されたピラーアレー構造体3の空隙に、ポリマー、金属、金属酸化物などの第2の物質4を充填し(図1(D))、ピラー構造体3部分を選択的に溶解することにより、上述のポーラスアルミナの構造を忠実に再現したホールアレー5を得ることができる(図1(E))。ピラーアレー構造体3の空隙への第2の物質の充填には、電析法、ゾル−ゲル法、CVD法などの充填手法を用いることができる。また、ピラーアレー構造体の溶解は、ピラー間の空隙に充填した第2の物質が溶解されない酸、アルカリ、有機溶媒を用いることにより選択的に除去することが可能である。   The voids of the pillar array structure 3 formed by removing the alumina portion are filled with a second substance 4 such as a polymer, a metal, or a metal oxide (FIG. 1D), and the pillar structure 3 portion is selectively selected. The hole array 5 that faithfully reproduces the structure of the porous alumina described above can be obtained by dissolving in (1E). For filling the voids of the pillar array structure 3 with the second substance, a filling method such as an electrodeposition method, a sol-gel method, or a CVD method can be used. Further, the dissolution of the pillar array structure can be selectively removed by using an acid, an alkali, or an organic solvent in which the second substance filled in the gaps between the pillars is not dissolved.

本発明によれば、ピラーアレー構造体のピラー間の空隙に第2の物質の充填を行うことによって、サブミクロンからナノメータースケールで異なる物質が均一に分布した複合材料を形成することが可能である。この手法を用いれば、本来、均一に複合化することが困難な材料においても、複合構造材料を作製することが可能である。また、物質充填後、ピラーアレー構造体の上層および下層を除去することによって、第2の物質からなるホールアレー構造体の細孔内部に第1の物質からなるピラー構造体のピラー部分のみが残された複合構造を得ることも可能である。ピラーアレー構造体の上層および下層の除去には、機械研磨法、イオンミリング等の真空中での研磨法、ウエットエッチング法などを用いることができる。   According to the present invention, it is possible to form a composite material in which different substances are uniformly distributed from a submicron to a nanometer scale by filling the space between the pillars of the pillar array structure with the second substance. . By using this method, it is possible to produce a composite structure material even for a material that is inherently difficult to be uniformly composited. In addition, by removing the upper and lower layers of the pillar array structure after filling the substance, only the pillar portion of the pillar structure made of the first substance is left inside the pores of the hole array structure made of the second substance. It is also possible to obtain a composite structure. For removal of the upper and lower layers of the pillar array structure, mechanical polishing, polishing in vacuum such as ion milling, wet etching, or the like can be used.

以下、実施例により更に本発明を詳細に説明するが、本発明はかかる実施例によって限定されるものではない。
実施例1〔Niホールアレーの作製〕
純度99.99%、1 cm×5 cm×0.5 mmのサイズのアルミニウム板表面に、500 nm周期で突起が規則的に配列した構造を持つSiC製モールドを押し付け、表面に微細な凹凸パターンを形成した。テクスチャリング処理を施したアルミニウム板を、0.1 Mの濃度に調整したリン酸水溶液中で、浴温0℃において直流200Vの条件下で15分間陽極酸化を行い、高規則性ポーラスアルミナを作製した。得られた陽極酸化ポーラスアルミナを、10 wt%に調整したリン酸水溶液中に60分間浸漬し、細孔サイズの拡大化を行った。続いて飽和第二水銀水溶液に浸漬することによってアルミニウム部分を選択的に溶解した。得られた陽極酸化ポーラスアルミナ皮膜の底部を、イオンミリング装置を用いて除去することによってスルーホールメンブレンを得た。貫通孔化を行ったポーラスアルミナを、重合開始剤として5 wt%の過酸化ベンゾイルを溶解したメタクリル酸メチルモノマー溶液中に浸漬し、50℃で12時間保持することにより重合を行い、ポーラスアルミナをポリマー中に埋め込んだ。得られたポリメタクリル酸メチルの側面を機械研磨し、ポーラスアルミナの両端を露出させた。ホールアレー形成の際に電極として作用するAu層を、ポーラスアルミナを露出させた片側の面に形成した。Au層の形成を行うために、試料の片側にPt-Pd を30 nm スパッタした後、Au電析浴を用い電流密度−1〜−50 mAcm -2でAuを50μm の厚さまで電解析出させた。形成されたAu層に導電性ペーストを用いてNi線を固定し、電極層表面をエポキシ樹脂で完全に被覆した。その後、試料を10 wt% NaOH 水溶液中に50時間浸漬し、Au電極層を形成していないアルミナ露出面よりポーラスアルミナの溶解を行った。得られたピラーアレー構造体は、蒸留水中で洗浄を行った後、Au層を電極としピラー間の空隙にNi電析を行った。Ni電析は、Ni電析浴中でNi対極に対し−1 Vの電圧条件下で30時間行った。その後、ポリマー製ピラーアレー構造体をクロロホルム中で溶解することによって、図2に示すような細孔周期500 nm、細孔径300 nmのNiホールアレーを得た(電子顕微鏡で観察したもの)。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited by this Example.
Example 1 [Preparation of Ni Hall Array]
A SiC mold having a structure in which protrusions were regularly arranged with a period of 500 nm was pressed against the surface of an aluminum plate having a purity of 99.99% and a size of 1 cm × 5 cm × 0.5 mm to form a fine uneven pattern on the surface. The textured aluminum plate was anodized in a phosphoric acid aqueous solution adjusted to a concentration of 0.1 M at a bath temperature of 0 ° C. under a direct current of 200 V for 15 minutes to produce highly ordered porous alumina. The obtained anodized porous alumina was immersed in an aqueous phosphoric acid solution adjusted to 10 wt% for 60 minutes to enlarge the pore size. Subsequently, the aluminum portion was selectively dissolved by dipping in a saturated mercuric acid aqueous solution. The bottom part of the obtained anodized porous alumina film was removed using an ion milling device to obtain a through-hole membrane. Porous alumina with through-holes was immersed in a methyl methacrylate monomer solution in which 5 wt% benzoyl peroxide was dissolved as a polymerization initiator, and polymerized by holding at 50 ° C. for 12 hours. Embedded in polymer. Side surfaces of the obtained polymethyl methacrylate were mechanically polished to expose both ends of the porous alumina. An Au layer that acts as an electrode during the formation of the hole array was formed on one surface where the porous alumina was exposed. To form the Au layer, Pt-Pd was sputtered to 30 nm on one side of the sample, and then Au was electrolytically deposited to a thickness of 50 μm at a current density of −1 to −50 mAcm −2 using an Au electrodeposition bath. It was. An Ni wire was fixed to the formed Au layer using a conductive paste, and the electrode layer surface was completely covered with an epoxy resin. Thereafter, the sample was immersed in a 10 wt% NaOH aqueous solution for 50 hours, and the porous alumina was dissolved from the exposed alumina surface on which the Au electrode layer was not formed. The obtained pillar array structure was washed in distilled water and then subjected to Ni electrodeposition in the gap between the pillars using the Au layer as an electrode. Ni electrodeposition was performed in a Ni electrodeposition bath for 30 hours under a voltage condition of -1 V against a Ni counter electrode. Thereafter, the polymer pillar array structure was dissolved in chloroform to obtain a Ni hole array having a pore period of 500 nm and a pore diameter of 300 nm as shown in FIG. 2 (observed with an electron microscope).

実施例2〔ポリメタクリル酸メチルホールアレーの作製〕
実施例1と同様な手法によって、細孔サイズを拡大化した高規則性陽極酸化ポーラスアルミナを得た。形成された陽極酸化ポーラスアルミナ表面にPt-Pd を30 nm 蒸着し、Ni電析浴を用い電流密度−10〜−100 mAcm-2でNiを50μm の厚さまで電解析出させた。試料のアルミニウム地金部分は、飽和ヨウ素メタノール溶液中に浸漬することにより除去した。その度、イオンミリング装置を用いてアルミナ皮膜底部を除去することで貫通孔化を行った。あらかじめ形成しておいたNi層を電極とし、Ni対極に対して−1V の電圧条件下においてNi電析浴中でアルミナ細孔内へNiの充填を行った。細孔充填後さらに電析を続けることでアルミナ表面にNiの過電析層を形成し、ポーラスアルミナの細孔内及び底部、上部がNiで覆われた構造体を作製した。得られた試料の側面を機械研磨することでポーラスアルミナの端面を露出させ、10 wt% NaOH 水溶液中に浸漬することによってアルミナ部分を選択的に溶解除去した。得られたNiナノピラーアレー構造体は、蒸留水中で洗浄を行い、メタクリル酸メチルモノマー中に浸漬しピラー間の空隙にモノマー溶液を充填した。Niピラーアレー構造体をモノマー溶液中に浸漬した状態で50℃の条件下で、12時間保持することにより重合を行った。重合後のポリメタクリル酸メチルを機械研磨しNi層を露出させ、10 wt% HNO3 水溶液中に浸漬することによりNiピラーアレー構造体を選択的に溶解除去し、図3に示すような細孔周期500 nm、細孔径300 nmのポリメタクリル酸メチルホールアレーを得た(電子顕微鏡で観察したもの)。
Example 2 [Production of polymethyl methacrylate hole array]
A highly ordered anodized porous alumina with an enlarged pore size was obtained in the same manner as in Example 1. Pt-Pd was deposited to a thickness of 30 nm on the surface of the formed anodized porous alumina, and Ni was electrolytically deposited to a thickness of 50 μm at a current density of −10 to −100 mAcm −2 using a Ni electrodeposition bath. The aluminum ingot portion of the sample was removed by dipping in a saturated iodine methanol solution. Each time, the bottom of the alumina film was removed by using an ion milling device to form a through hole. The Ni layer formed in advance was used as an electrode, and Ni was filled into the alumina pores in a Ni electrodeposition bath under a voltage condition of -1 V with respect to the Ni counter electrode. By continuing electrodeposition after filling the pores, a Ni over-deposition layer was formed on the alumina surface, and a structure in which the pores of porous alumina, the bottom, and the top were covered with Ni was produced. The end surface of the porous alumina was exposed by mechanical polishing of the side surface of the obtained sample, and the alumina portion was selectively dissolved and removed by dipping in a 10 wt% NaOH aqueous solution. The obtained Ni nanopillar array structure was washed in distilled water, immersed in a methyl methacrylate monomer, and the monomer solution was filled in the space between the pillars. Polymerization was carried out by maintaining the Ni pillar array structure immersed in the monomer solution for 12 hours at 50 ° C. After the polymerization, the polymethyl methacrylate is mechanically polished to expose the Ni layer, and immersed in a 10 wt% HNO 3 aqueous solution to selectively dissolve and remove the Ni pillar array structure. As shown in FIG. A polymethylmethacrylate hole array with 500 nm and a pore diameter of 300 nm was obtained (observed with an electron microscope).

実施例3〔”テフロン”ホールアレーの作製〕
実施例2と同様な手法によって、Niナノピラーアレー構造体を得た。形成されたNiナノピラーアレー構造体の空隙にテトラフロロエチレン−パーフロロジメチルオキソール共重合体を溶解したフッ素系液体を充填し、その後、室温条件下で溶媒の乾燥を行った。試料表面に形成された”テフロン”層を機械剥離し、Ni層を露出させ、10 wt% HNO3 水溶液中に浸漬することによりNiピラーアレー構造体を選択的に溶解除去し、”テフロン”ホールアレーを得た。
Example 3 [Production of “Teflon” Hall Array]
A Ni nanopillar array structure was obtained in the same manner as in Example 2. The voids of the formed Ni nanopillar array structure were filled with a fluorine-based liquid in which a tetrafluoroethylene-perfluorodimethyloxol copolymer was dissolved, and then the solvent was dried at room temperature. The “Teflon” layer formed on the sample surface is mechanically peeled off, the Ni layer is exposed and immersed in a 10 wt% HNO 3 aqueous solution to selectively dissolve and remove the Ni pillar array structure. Got.

本発明の一実施態様に係るナノホールアレーの作製工程を示す図である。It is a figure which shows the preparation process of the nanohole array which concerns on one embodiment of this invention. 実施例1において作製されたNiホールアレーを観察した図である。FIG. 3 is a view of an Ni hole array produced in Example 1. 実施例2においてポリメタクリル酸メチルホールアレーを観察した図である。FIG. 3 is a diagram of a polymethyl methacrylate hole array observed in Example 2.

符号の説明Explanation of symbols

1 ポーラスアルミナ(膜)
1a 細孔
2 第1の物質
3 ピラー構造体
4 第2の物質
5 ホールアレー
1 Porous alumina (membrane)
1a pore 2 first material 3 pillar structure 4 second material 5 hole array

Claims (16)

陽極酸化ポーラスアルミナ膜の細孔内に第1の物質を充填し、さらにポーラスアルミナ膜の周りも該第1の物質で覆った後アルミナを除去することにより作製した上下支持層を有するピラーアレー構造体のピラー間の空隙に第2の物質を充填し、しかる後に、ピラーアレー構造体を除去することによってホールアレーを作製することを特徴とする、ナノホールアレーの製造方法。   Pillar array structure having upper and lower support layers prepared by filling the pores of an anodized porous alumina film with a first substance, and further covering the porous alumina film with the first substance and then removing the alumina. A method for producing a nanohole array, comprising: filling a void between the pillars with a second substance, and then removing the pillar array structure to produce a hole array. 細孔径が10nmから450nm である陽極酸化ポーラスアルミナ膜を用いて作製されたピラーアレー構造体のピラー間の空隙に第2の物質を充填する、請求項1のナノホールアレーの製造方法。   The method for producing a nanohole array according to claim 1, wherein the second substance is filled in the voids between the pillars of the pillar array structure produced using an anodized porous alumina film having a pore diameter of 10 nm to 450 nm. 膜厚が100nm から100μm である陽極酸化ポーラスアルミナ膜を用いて作製されたピラーアレー構造体のピラー間の空隙に第2の物質を充填する、請求項1または2のナノホールアレーの製造方法。   The method for producing a nanohole array according to claim 1 or 2, wherein a second substance is filled in a space between pillars of a pillar array structure produced using an anodized porous alumina film having a thickness of 100 nm to 100 µm. 陽極酸化ポーラスアルミナ膜の細孔内に第1の物質を充填し、さらにポーラスアルミナ膜の周りも該第1の物質で覆った後アルミナを除去することにより作製した上下支持層を有するピラーアレー構造体のピラー間の空隙に第2の物質を充填し、しかる後に、前記上下支持層を除去することによって第2の物質からなるホールアレーの細孔内に第1の物質が充填された複合材料を作製することを特徴とする、複合材料の製造方法。   Pillar array structure having upper and lower support layers prepared by filling the pores of an anodized porous alumina film with a first substance, and further covering the porous alumina film with the first substance and then removing the alumina. After filling the gap between the pillars with a second substance, and then removing the upper and lower support layers, a composite material in which the first substance is filled in the pores of the hole array made of the second substance is obtained. A method for producing a composite material, characterized by comprising: 細孔径が10nmから450nm である陽極酸化ポーラスアルミナ膜を用いて作製されたピラーアレー構造体のピラー間の空隙に第2の物質を充填する、請求項4の複合材料の製造方法。   5. The method for producing a composite material according to claim 4, wherein a second substance is filled in a space between pillars of a pillar array structure produced using an anodized porous alumina film having a pore diameter of 10 nm to 450 nm. 膜厚が100nm から100μm である陽極酸化ポーラスアルミナ膜を用いて作製されたピラーアレー構造体のピラー間の空隙に第2の物質を充填する、請求項4または5の複合材料の製造方法。   6. The method for producing a composite material according to claim 4 or 5, wherein a second substance is filled in a space between pillars of a pillar array structure manufactured using an anodized porous alumina film having a thickness of 100 nm to 100 μm. 陽極酸化ポーラスアルミナ膜の細孔内に第1の物質を充填し、さらにポーラスアルミナ膜の周りも該第1の物質で覆った後アルミナを除去することにより作製した上下支持層を有するピラーアレー構造体のピラー間の空隙に第2の物質を充填した後、ピラーアレー構造体を除去することによって作製されたことを特徴とするナノホールアレー。   Pillar array structure having upper and lower support layers prepared by filling the pores of an anodized porous alumina film with a first substance, and further covering the porous alumina film with the first substance and then removing the alumina. A nanohole array manufactured by filling the voids between the pillars with a second substance and then removing the pillar array structure. 細孔径が10nmから450nm である陽極酸化ポーラスアルミナ膜を用いて作製されたピラーアレー構造体を用いて作製されたことを特徴とする、請求項7のナノホールアレー。   8. The nanohole array according to claim 7, wherein the nanohole array is manufactured using a pillar array structure manufactured using an anodized porous alumina film having a pore diameter of 10 nm to 450 nm. 膜厚が100nm から100μm である陽極酸化ポーラスアルミナ膜を用いて作製されたピラーアレー構造体を用いて作製されたことを特徴とする、請求項7または8のナノホールアレー。   9. The nanohole array according to claim 7, wherein the nanohole array is manufactured using a pillar array structure manufactured using an anodized porous alumina film having a thickness of 100 nm to 100 μm. ピラーアレー構造体のピラー間の空隙に充填する第2の物質として、金属、金属塩、無機酸化物、モノマー、ポリマーのいずれかが用いられている、請求項7〜9のいずれかに記載のナノホールアレー。   The nanohole according to any one of claims 7 to 9, wherein any one of a metal, a metal salt, an inorganic oxide, a monomer, and a polymer is used as the second substance that fills a space between pillars of the pillar array structure. Array. ピラーアレー構造体のピラー間の空隙に充填する第2の物質として、フッ素系樹脂が用いられている、請求項7〜9のいずれかに記載のナノホールアレー。   The nanohole array according to any one of claims 7 to 9, wherein a fluorine-based resin is used as the second substance that fills the gaps between the pillars of the pillar array structure. 陽極酸化ポーラスアルミナ膜の細孔内に第1の物質を充填し、さらにポーラスアルミナ膜の周りも該第1の物質で覆った後アルミナを除去することにより作製した上下支持層を有するピラーアレー構造体のピラー間の空隙に第2の物質を充填した後、前記上下支持層を除去することによって第2の物質からなるホールアレーの細孔内に第1の物質が充填された構造に構成されたことを特徴とする複合材料。   Pillar array structure having upper and lower support layers prepared by filling the pores of an anodized porous alumina film with a first substance, and further covering the porous alumina film with the first substance and then removing the alumina. After filling the gap between the pillars of the second material with the second substance, the upper and lower support layers are removed to form a structure in which the first substance is filled in the pores of the hole array made of the second substance. A composite material characterized by that. 細孔径が10nmから450nm である陽極酸化ポーラスアルミナ膜を用いて作製されたピラーアレー構造体を用いて作製されたことを特徴とする、請求項12の複合材料。   13. The composite material according to claim 12, wherein the composite material is manufactured using a pillar array structure manufactured using an anodized porous alumina film having a pore diameter of 10 nm to 450 nm. 膜厚が100nm から100μm である陽極酸化ポーラスアルミナ膜を用いて作製されたピラーアレー構造体を用いて作製されたことを特徴とする、請求項12または13の複合材料。   14. The composite material according to claim 12, wherein the composite material is manufactured using a pillar array structure manufactured using an anodized porous alumina film having a thickness of 100 nm to 100 μm. ピラーアレー構造体のピラー間の空隙に充填する第2の物質として、金属、金属塩、無機酸化物、モノマー、ポリマーのいずれかが用いられている、請求項12〜14のいずれかに記載の複合材料。   The composite according to any one of claims 12 to 14, wherein any one of a metal, a metal salt, an inorganic oxide, a monomer, and a polymer is used as the second substance that fills the gaps between the pillars of the pillar array structure. material. ピラーアレー構造体のピラー間の空隙に充填する第2の物質として、フッ素系樹脂が用いられている、請求項12〜14のいずれかに記載の複合材料。   The composite material according to any one of claims 12 to 14, wherein a fluorine-based resin is used as the second substance that fills the gaps between the pillars of the pillar array structure.
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