JP7044321B2

JP7044321B2 - ナノコイル材料形成方法

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Publication number: JP7044321B2
Application number: JP2018034681A
Authority: JP
Inventors: 幹夫村岡; 旭趙; 信幸神原; 清嘉 ▲高▼木; 俊夫阿部
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Akita University NUC
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Akita University NUC
Priority date: 2018-02-28
Filing date: 2018-02-28
Publication date: 2022-03-30
Anticipated expiration: 2038-02-28
Also published as: WO2019167378A1; JP2019148040A

Description

本発明は、ナノコイル材料形成方法に関する。

ナノワイヤ、ナノチューブ、ナノコイルなど、２次元のサイズが１～数１００ｎｍ程度というナノオーダーであるナノ構造体は、様々な用途への応用が期待されている。例えば金属製のナノコイルは、電場、磁場、及び電磁波に対して反応して発熱する発熱体として有望な材料である。このような金属製のナノコイルは、高分子のナノファイバからなるコア部材に張力が付加された状態で、このコア部材の表面に金属薄膜を形成して、付加した張力を緩和して、加熱してコア部材を気化させるとともに金属薄膜をコイル状に収縮させることで形成する方法が知られている（特許文献１参照）。

特開２０１６－１４５４３６号公報

特許文献１の方法では、コア部材を気化させるとともに金属薄膜をコイル状に収縮させるために、２５０℃で１０分間の加熱処理を行う。金属の種類によっては、この特許文献１の方法で行う加熱処理によって金属薄膜が高温となる。高温となった金属薄膜は、陽イオン化、及び、金属の急激な膨張及び収縮による構造の変化等の大きな熱ダメージを受けてしまう。このため、金属薄膜がコイル化しない可能性があるという問題があった。特許文献１の方法では、例えば、極めて貴な金属であるパラジウムや白金等以外の金属を用いた場合に、金属薄膜を好適にコイル化できない可能性があるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、より多くの種類の金属においても、金属薄膜をコイル化することを可能にするナノコイル材料形成方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、ナノコイル材料形成方法は、ナノファイバ状で樹脂のコア部材を形成するコア部材形成ステップと、前記コア部材形成ステップで形成した前記コア部材の表面に金属薄膜を形成する金属薄膜形成ステップと、前記金属薄膜形成ステップで前記金属薄膜が形成された前記コア部材に、前記金属薄膜のイオン価数が０となるときに最も化学的に安定化する雰囲気下でプラズマ処理を施すことで、前記コア部材を分解して、前記金属薄膜を形成していた金属材料を含むナノコイル材料を形成するプラズマ処理ステップと、を含み、前記プラズマ処理ステップでは、プラズマエネルギー密度が０．０８Ｗ／ｃｍ^３以上１．５Ｗ／ｃｍ^３以下であることを特徴とする。

この構成によれば、プラズマ処理ステップを実行することにより、コア部材をイオンガス化反応させることでより低温環境下で確実に分解し、かつ、金属薄膜が陽イオン化することをより確実に防止するとともに、プラズマ処理により金属薄膜により適切なダメージを与えることによりコイル化を促すことができる。このため、より多くの種類の金属においても、金属薄膜をコイル化することを可能にする。

この構成において、前記金属薄膜形成ステップでは、銀または銅の前記金属薄膜を形成し、前記プラズマ処理ステップでは、空気ガス雰囲気下で前記プラズマ処理を施すことが好ましい。この構成によれば、ナノコイルを形成する金属として銀または銅を選択した場合に、金属薄膜が陽イオン化することをより確実に防止することができる。

もしくは、この構成において、前記金属薄膜形成ステップでは、ニッケルの前記金属薄膜を形成し、前記プラズマ処理ステップでは、アルゴンガス雰囲気下で前記プラズマ処理を施すことが好ましい。この構成によれば、ナノコイルを形成する金属としてニッケルを選択した場合に、金属薄膜が陽イオン化することをより確実に防止することができる。

本発明によれば、より多くの種類の金属においても、金属薄膜をコイル化することを可能にするナノコイル材料形成方法を提供することができる。

図１は、本発明の実施形態に係るナノコイル材料形成方法のフローチャートである。図２は、図１のコア部材形成ステップを実行するコア部材形成装置の一例の概略図である。図３は、図２のコア部材形成装置に用いられる基板の一例の概略図である。図４は、図２のコア部材形成装置に用いられる基板の別の例の概略図である。図５は、図１のプラズマ処理ステップを実行するプラズマ処理装置の一例の概略図である。図６は、本発明の比較例１に係るナノコイル材料形成方法で形成されたナノコイル材料の電子顕微鏡の写真である。図７は、本発明の比較例２に係るナノコイル材料形成方法で形成されたナノコイル材料の電子顕微鏡の写真である。図８は、本発明の比較例３に係るナノコイル材料形成方法で形成されたナノコイル材料の電子顕微鏡の写真である。図９は、本発明の実施例１に係るナノコイル材料形成方法で形成されたナノコイル材料の電子顕微鏡の写真である。図１０は、本発明の実施例２に係るナノコイル材料形成方法で形成されたナノコイル材料の電子顕微鏡の写真である。図１１は、本発明の実施例３に係るナノコイル材料形成方法で形成されたナノコイル材料の電子顕微鏡の写真である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

［実施形態］
図１は、本発明の実施形態に係るナノコイル材料形成方法のフローチャートである。本発明の実施形態に係るナノコイル材料形成方法は、図１に示すように、コア部材形成ステップＳ１１と、金属薄膜形成ステップＳ１２と、プラズマ処理ステップＳ１３と、を含む。

図２は、図１のコア部材形成ステップＳ１１を実行するコア部材形成装置の一例であるコア部材形成装置１０の概略図である。図３は、図２のコア部材形成装置１０に用いられる基板の一例である基板２０の概略図である。コア部材形成装置１０は、エレクトロスピニング法によりナノスケールのファイバ状のコア部材を形成することで、コア部材形成ステップＳ１１を実行する装置である。

ここで、ナノスケールとは、２次元のサイズが１～数１００ｎｍ程度というナノオーダーであることを言う。ファイバ状とは、１方向の次元に延びた形状であり、１方向の次元の長さが残りの２方向の次元の長さよりも著しく大きいサイズを有している繊維状のことをいう。ナノスケールのファイバ状のことを、ナノファイバ状またはナノファイバと呼ぶこともある。

コア部材形成装置１０は、図２に示すように、シリンジ１１と、高電圧電源１３と、基板２０と、を備える。シリンジ１１は図示しないスタンドによって、基板２０の上方に基板２０から所定距離だけ離された位置に固定されている。シリンジ１１の先端には金属製のノズル１２が取り付けられる。シリンジ１１内に、コア部材形成ステップＳ１１でナノスケールのファイバ状のコア部材に形成される樹脂の前駆材料である所定の高分子溶液が充填される。

シリンジ１１内に充填される高分子溶液の溶質は、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリアクリルニトリル（ＰＡＮ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリフェニレンビニレン（ＰＰＶ）、ナイロン６等が好適に使用される。この高分子溶液の溶質は、１種類でも良く、複数種類の高分子を混合したものを用いても良い。

シリンジ１１内に充填される高分子溶液の溶媒は、上記高分子が溶解可能であれば特に限定されず、例えば、溶媒として水、トリクロロ酢酸、ジメチルホルミアミド、クロロホルム、メタノール、ギ酸等が好適に使用される。高分子溶液中の高分子濃度は、粘度、高分子の溶解性、形成されるコア部材のサイズ等を考慮して適切に設定される。

基板２０は、図３に示すように、支持板２１と、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製の板であるＰＴＦＥ板２２と、金属製の可動板支持部材２３と、２つの金属製の可動板２４と、を備える。ＰＴＦＥ板２２及び可動板支持部材２３は、支持板２１上に配置されている。２つの可動板２４は、ＰＴＦＥ板２２及び可動板支持部材２３上に、互いに離されて配置されている。

２つの可動板２４の間の距離は、形成されるコア部材の大きさ、すなわちコア部材が延びる方向の長さに応じて設定される。可動板２４の厚さは、２つの可動板２４の間の距離に応じて、コア部材に付加されている張力を緩和し撓ませた際に支持板２１と接触しない厚さに設定される。ただし、可動板２４は、厚くなりすぎると不安定になる場合があるため、不安定にならない程度の厚さに設定される。

高電圧電源１３は、正極側がシリンジ１１のノズル１２に接続され、負極側が支持板２１に接続されている。支持板２１は接地されている。

図４は、図２のコア部材形成装置１０に用いられる基板の別の例である基板３０の概略図である。基板３０は、図２のコア部材形成装置１０において基板２０に代えて用いることができる。

基板３０は、図４に示すように、Ｌ字型の支持板３１と、ＰＴＦＥ板３２と、２つの金属製の可動板３４と、可撓部材３５と、を備える。ＰＴＦＥ板３２は、支持板３１上において、２つの可動板３４の間に配置されている。２つの可動板３４は、ＰＴＦＥ板３２を挟むように互いに離されて、支持板３１上に配置されている。可撓部材３５は、２つの可動板３４の間に固定して設けられている。可撓部材３５は、融点が３００℃以上であり、かつ、可撓性を有する部材であれば特に限定されず、例えば、銅線が好適に使用される。

２つの可動板３４の間の距離は、ＰＴＦＥ板３２の幅によって決定され、前述の可動板２４と同様に、形成されるコア部材の大きさ、すなわちコア部材が延びる方向の長さに応じて設定される。可動板３４の厚さは、前述の可動板２４と同様に、２つの可動板３４の間の距離に応じて、コア部材に付加されている張力を緩和し撓ませた際に支持板３１と接触しない厚さに設定される。ただし、可動板３４は、前述の可動板２４と同様に、厚くなりすぎると不安定になる場合があるため、不安定にならない程度の厚さに設定される。

基板３０の可動板３４は、基板２０の可動板２４よりも、安定性が確保できる厚さの範囲が広いので、間隔を大きくしても、コア部材を撓ませた時にコア部材が支持板３１に接触することを防止できる。このため、基板３０は、基板２０における２つの可動板２４の間の面積と比較して２つの可動板３４の間の面積を大きく設定することができるので、コア部材形成装置１０においてコア部材を形成する面積が大きく設定される場合に好適に用いられる。

コア部材形成装置１０において、基板２０に代えて基板３０が用いられる場合、高電圧電源１３は、負極側が支持板２１に代えて支持板３１に接続される。

コア部材形成ステップＳ１１は、ナノファイバ状で樹脂のコア部材を形成するステップである。本実施形態では、コア部材形成ステップＳ１１では、コア部材形成装置１０を用いてエレクトロスピニング法により実行されるが、本発明はこれに限定されることなく、メルトブロー法、延伸法などにより実行されてもよい。

コア部材形成ステップＳ１１では、シリンジ１１内に高分子溶液を充填した後、高電圧電源１３により、ノズル１２と支持板２１，３１との間に所定の電圧を印加する。ここで、所定の電圧は、５ｋＶ以上８０ｋＶ以下であることが好ましい。コア部材形成ステップＳ１１では、これにより、シリンジ１１内に充填された高分子溶液が一定の速度でノズル１２の先端から基板２０，３０に向かって押し出され、ノズル１２と接地された支持板２１，３１との間に発生する静電引力によって、基板２０，３０のＰＴＦＥ板２２，３２及び可動板２４，３４上に向けて噴霧される。そして、コア部材形成ステップＳ１１では、噴霧された高分子溶液の溶媒が徐々に揮発することに伴い、高分子溶液の溶質の濃度が徐々に上昇し、基板２０，３０に到達する際にはナノファイバ状に形成される。コア部材形成ステップＳ１１では、ナノファイバ状のコア部材は、ＰＴＦＥ板２２，３２を跨いで２つの可動板２４，３４の間に形成される。エレクトロスピニング法により実行されるコア部材形成ステップＳ１１では、ナノファイバ状のコア部材は、断面の直径が３０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の繊維状に形成される。

コア部材形成ステップＳ１１では、さらに、ナノファイバ状に形成されたコア部材を載置した基板２０，３０を真空デシケータ内に収納し、ナノファイバ状のコア部材を減圧乾燥してもよい。コア部材形成ステップＳ１１では、この場合、室温でナノファイバ状のコア部材を減圧乾燥することが好ましいが、これに限定されることなく、例えば、室温と比較して高温で、具体的には、３０℃以上であり、かつ、コア部材を構成する高分子の融点温度以下または熱分解温度以下の温度で減圧乾燥してもよい。また、コア部材形成ステップＳ１１では、この場合、１０Ｐａ以上１００Ｐａ以下で減圧乾燥されることが好ましい。コア部材形成ステップＳ１１では、この場合、コア部材を減圧乾燥することで、可動板２４，３４の間で適切な張力を付加することができる。なお、コア部材形成ステップＳ１１では、必ずしもナノファイバ状のコア部材を減圧乾燥する必要はなく、減圧乾燥することなく次の金属薄膜形成ステップＳ１２へ処理を進めても構わない。

コア部材形成ステップＳ１１では、上記した処理が実行されることにより、ナノファイバ状に形成され、シリンジ１１内に充填された高分子溶液の成分等に基づく樹脂のコア部材が得られる。

金属薄膜形成ステップＳ１２は、コア部材形成ステップＳ１１で形成したコア部材の表面に金属薄膜を形成するステップである。金属薄膜形成ステップＳ１２では、スパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法などの薄膜形成方法を用いて、コア部材の表面に金属薄膜を形成する。金属薄膜形成ステップＳ１２では、金属薄膜を形成する金属材料として、比較的貴な金属である銀（Ａｇ），銅（Ｃｕ）や、ニッケル（Ｎｉ）等が好適に使用される。金属薄膜形成ステップＳ１２では、金属薄膜は、膜厚が５ｎｍ以上５０ｎｍ以下に形成される。また、金属薄膜形成ステップＳ１２では、金属薄膜は、コア部材の周方向に対して不均一に形成される。なお、金属薄膜形成ステップＳ１２では、コア部材の表面に金属薄膜を形成する前に、コア部材形成ステップＳ１１でコア部材が形成された基板２０，３０のＰＴＦＥ板２２、３２を除去しても構わない。

金属薄膜形成ステップＳ１２では、さらに、２つの可動板２４，３４を互いに近づける方向に向かって移動させることにより、コア部材及び金属薄膜の張力を緩和させて、撓ませる。なお、２つの可動板２４，３４を互いに近づけた際の２つの可動板２４，３４の間の距離は、コア部材及び金属薄膜を撓ませた際に、コア部材及び金属薄膜と支持板２１，３１とが接触しないように、かつ、後述するプラズマ処理ステップＳ１３における金属薄膜の収縮率等を考慮して、設定される。

図５は、図１のプラズマ処理ステップＳ１３を実行するプラズマ処理装置の一例であるプラズマ処理装置４０の概略図である。プラズマ処理装置４０は、図５に示すように、チャンバ４１と、カソード４２と、基板載置部４３と、を備える。チャンバ４１は、例えば円筒状の容器であり、図示しないガス供給部及び図示しない真空ポンプにより、内部の雰囲気を制御することができる。具体的には、チャンバ４１は、プラズマを発生させることが十分に可能な程度の圧力を有する所定の雰囲気に制御することができる。所定の雰囲気は、例えば、空気ガス雰囲気、窒素ガス雰囲気、アルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気が好適に用いられる。

カソード４２は、例えば円板状の金属板であり、チャンバ４１の一方の面に内設して、内側に向けて設けられている。カソード４２は、図示しない交流電源により、所定の雰囲気下でプラズマを発生させることができる。基板載置部４３は、カソード４２に対向して、チャンバ４１の他方の面を介して固定して設けられている。基板載置部４３は、コア部材形成ステップＳ１１及び金属薄膜形成ステップＳ１２でコア部材及び金属薄膜が形成された基板２０，３０を、カソード４２に対向した位置に載置することができる。

プラズマ処理装置４０は、ガス供給部、真空ポンプ、及び交流電源を制御することで、プラズマ出力エネルギーを制御することができる。プラズマ処理装置４０は、例えば、プラズマ出力エネルギーを約６０Ｗ以上約１ｋＷ以下に制御することができる。

また、プラズマ処理装置４０は、チャンバ４１の内部にほぼ均一のプラズマエネルギー密度のプラズマを発生させることができるので、プラズマエネルギー密度を制御することができる。プラズマ処理装置４０は、例えば、チャンバ４１が直径約１１ｃｍ、高さ約７．５ｃｍの円筒状の容器である場合、チャンバ４１の体積が約７１３ｃｍ^３であるので、プラズマ出力エネルギーを約６０Ｗ以上約１ｋＷ以下に制御することにより、プラズマエネルギー密度を約０．０８Ｗ／ｃｍ^３以上約１．５Ｗ／ｃｍ^３以下に制御することができる。

プラズマ処理ステップＳ１３は、金属薄膜形成ステップＳ１２で金属薄膜が形成されたコア部材に、金属薄膜のイオン価数が０となるときに最も化学的に安定化する雰囲気下でプラズマ処理を施すことで、コア部材を分解して、金属薄膜を形成していた金属材料を含むナノコイル材料を形成するステップである。プラズマ処理ステップＳ１３では、まず、コア部材形成ステップＳ１１及び金属薄膜形成ステップＳ１２でコア部材及び金属薄膜が形成された基板２０，３０を、チャンバ４１内の基板載置部４３に載置することで、カソード４２に対向した位置に載置する。

プラズマ処理ステップＳ１３では、次に、チャンバ４１内に、プラズマ処理を施す条件下で金属薄膜のイオン価数が０となるときに最も化学的に安定化する雰囲気を形成する。プラズマ処理ステップＳ１３では、詳細には、プラズマ処理を施す条件下で、酸化物等のイオン結合化合物を形成する化学反応を引き起こす可能性のあるガスの分圧が、当該化学反応が所定の速度以上で進行しない程度となる雰囲気を形成する。例えば、このような雰囲気は、金属薄膜を形成する金属材料として比較的貴な金属である銀や銅が用いられている場合、プラズマを発生させることが十分に可能な程度の圧力を有する空気ガス雰囲気が好ましく、酸素等の陰イオン化傾向のあるガスの分圧がさらに少ない方が好ましい。また、例えば、このような雰囲気は、金属薄膜を形成する金属材料としてニッケルが用いられている場合、プラズマを発生させることが十分に可能な程度の圧力を有するアルゴンガス雰囲気が好ましく、酸素等の陰イオン化傾向のあるガスの分圧がさらに少ない方が好ましい。プラズマ処理ステップＳ１３では、このように金属薄膜を形成する金属材料に応じて適切な雰囲気を形成することで、金属薄膜が陽イオン化することをより確実に防止することができる。

プラズマ処理ステップＳ１３では、上記した雰囲気を形成した後、チャンバ４１内に所定のプラズマエネルギー密度のプラズマを発生させる。所定のプラズマエネルギー密度は、０．０８Ｗ／ｃｍ^３以上１．５Ｗ／ｃｍ^３以下であることが好ましい。プラズマ処理ステップＳ１３では、このように、チャンバ４１内にプラズマを発生させることにより、コア部材を構成する樹脂がイオンガス化反応を起こして分解され、チャンバ４１外に除去される。また、プラズマ処理ステップＳ１３では、プラズマを発生させることで処理をするため、コア部材を構成する樹脂を分解するために温度を２５０℃と高くまで上げる必要がないので、金属薄膜を形成する金属材料に加熱による過大なダメージを与えてしまう可能性を大幅に低減できる。このため、プラズマ処理ステップＳ１３では、このようにチャンバ４１内にプラズマを発生させることにより、金属薄膜を形成する金属材料に適切なダメージを与えることによりコイル化を促すことができる。

プラズマ処理ステップＳ１３では、上記した処理が実行されることにより、金属薄膜を形成していた金属材料を含む材料がコイル化されたナノコイル材料が得られる。

実施形態に係るナノコイル材料形成方法は、以上のような構成を有するので、プラズマ処理ステップＳ１３を実行することにより、コア部材をイオンガス化反応させることでより低温環境下で確実に分解し、かつ、金属薄膜が陽イオン化することをより確実に防止するとともに、プラズマ処理により金属薄膜により適切なダメージを与えることによりコイル化を促すことができる。なお、実施形態に係るナノコイル材料形成方法は、プラズマ処理ステップＳ１３で採用する雰囲気の制限が、従来技術の２５０℃で１０分間の加熱処理で採用する雰囲気の制限よりもはるかに緩い。このため、実施形態に係るナノコイル材料形成方法は、従来技術ではコイル化することが困難だった極めて貴な金属であるパラジウムや白金等以外のより多くの種類の金属においても、金属薄膜をコイル化することを可能にする。

また、実施形態に係るナノコイル材料形成方法は、金属薄膜形成ステップＳ１２で銀または銅の金属薄膜を形成する場合、プラズマ処理ステップＳ１３において空気ガス雰囲気下でプラズマ処理を施している。このため、実施形態に係るナノコイル材料形成方法は、ナノコイルを形成する金属として銀または銅を選択した場合に、金属薄膜が陽イオン化することをより確実に防止することができる。

もしくは、実施形態に係るナノコイル材料形成方法は、金属薄膜形成ステップＳ１２でニッケルの金属薄膜を形成する場合、プラズマ処理ステップＳ１３においてアルゴンガス雰囲気下でプラズマ処理を施している。このため、実施形態に係るナノコイル材料形成方法は、ナノコイルを形成する金属としてニッケルを選択した場合に、金属薄膜が陽イオン化することをより確実に防止することができる。

以下、本発明の効果を明確にするために行った実施例に基づいて本発明をより詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。

図６は、本発明の比較例１に係るナノコイル材料形成方法で形成されたナノコイル材料の電子顕微鏡の写真である。図７は、本発明の比較例２に係るナノコイル材料形成方法で形成されたナノコイル材料の電子顕微鏡の写真である。図８は、本発明の比較例３に係るナノコイル材料形成方法で形成されたナノコイル材料の電子顕微鏡の写真である。図９は、本発明の実施例１に係るナノコイル材料形成方法で形成されたナノコイル材料の電子顕微鏡の写真である。図１０は、本発明の実施例２に係るナノコイル材料形成方法で形成されたナノコイル材料の電子顕微鏡の写真である。図１１は、本発明の実施例３に係るナノコイル材料形成方法で形成されたナノコイル材料の電子顕微鏡の写真である。

（比較例１）
比較例１として、上記した実施形態において、コア部材形成ステップＳ１１で基板２０を用い、金属薄膜形成ステップＳ１２で金属薄膜を形成する金属材料としてニッケルを使用し、プラズマ処理ステップＳ１３で、プラズマ処理装置４０において、チャンバ４１として直径約１１ｃｍ、高さ約７．５ｃｍ、体積約７１３ｃｍ^３の円筒状の容器を用い、プラズマ出力エネルギーを１Ｗとして、ナノコイル材料を形成した。比較例１では、プラズマ処理ステップＳ１３を実行した際のプラズマエネルギー密度は約０．００１Ｗ／ｃｍ^３であった。この比較例１のナノコイル材料形成方法により形成されたナノコイル材料の電子顕微鏡の写真を、図６に示す。

（比較例２）
比較例２は、比較例１において、プラズマ処理ステップＳ１３でプラズマ出力エネルギーを１０Ｗに変更したものである。比較例２では、プラズマ処理ステップＳ１３を実行した際のプラズマエネルギー密度は約０．０１４Ｗ／ｃｍ^３であった。この比較例２のナノコイル材料形成方法により形成されたナノコイル材料の電子顕微鏡の写真を、図７に示す。

（比較例３）
比較例３は、比較例１において、プラズマ処理ステップＳ１３でプラズマ出力エネルギーを５５Ｗに変更したものである。比較例３では、プラズマ処理ステップＳ１３を実行した際のプラズマエネルギー密度は約０．０７７Ｗ／ｃｍ^３であった。この比較例３のナノコイル材料形成方法により形成されたナノコイル材料の電子顕微鏡の写真を、図８に示す。

（実施例１）
実施例１として、上記した実施形態において、コア部材形成ステップＳ１１で基板２０を用い、金属薄膜形成ステップＳ１２で金属薄膜を形成する金属材料としてニッケルを使用し、プラズマ処理ステップＳ１３で、プラズマ処理装置４０において、チャンバ４１として直径約１１ｃｍ、高さ約７．５ｃｍ、体積約７１３ｃｍ^３の円筒状の容器を用い、プラズマ出力エネルギーを６５Ｗとして、ナノコイル材料を形成した。実施例１では、プラズマ処理ステップＳ１３を実行した際のプラズマエネルギー密度は約０．０９１Ｗ／ｃｍ^３であった。この実施例１のナノコイル材料形成方法により形成されたナノコイル材料の電子顕微鏡の写真を、図９に示す。

（実施例２）
実施例２は、実施例１において、プラズマ処理ステップＳ１３でプラズマ出力エネルギーを７０Ｗに変更したものである。実施例２では、プラズマ処理ステップＳ１３を実行した際のプラズマエネルギー密度は約０．０９８Ｗ／ｃｍ^３であった。この実施例２のナノコイル材料形成方法により形成されたナノコイル材料の電子顕微鏡の写真を、図１０に示す。

（実施例３）
実施例３は、実施例１において、プラズマ処理ステップＳ１３でプラズマ出力エネルギーを１００Ｗに変更したものである。実施例３では、プラズマ処理ステップＳ１３を実行した際のプラズマエネルギー密度は約０．１４０Ｗ／ｃｍ^３であった。この実施例３のナノコイル材料形成方法により形成されたナノコイル材料の電子顕微鏡の写真を、図１１に示す。

図６から図１１に示すナノコイル材料の電子顕微鏡の写真を比較すると、図６から図８では、ナノコイル材料が十分にコイル化されておらず、図９から図１１では、ナノコイル材料が十分にコイル化されていることがわかる。このことから、上記した実施形態において、コア部材形成ステップＳ１１で基板２０を用い、金属薄膜形成ステップＳ１２で金属薄膜を形成する金属材料としてニッケルを使用し、プラズマ処理ステップＳ１３で、プラズマ処理装置４０において、チャンバ４１として直径約１１ｃｍ、高さ約７．５ｃｍ、体積約７１３ｃｍ^３の円筒状の容器を用いた場合において、プラズマ出力エネルギーが５５Ｗ以下ではナノコイル材料が十分にコイル化されず、プラズマ出力エネルギーが６５Ｗ以上ではナノコイル材料が十分にコイル化されたことが分かった。すなわち、この場合において、プラズマ処理ステップＳ１３を実行した際のプラズマエネルギー密度が約０．０７７Ｗ／ｃｍ^３以下ではナノコイル材料が十分にコイル化されず、プラズマ処理ステップＳ１３を実行した際のプラズマエネルギー密度が約０．０９１Ｗ／ｃｍ^３以上ではナノコイル材料が十分にコイル化されたことがわかった。

上記した比較例１から比較例３及び実施例１から実施例３と同様の条件下において、プラズマ処理ステップＳ１３でのプラズマ処理装置４０におけるプラズマ出力エネルギーのみを５５Ｗ以上６５Ｗ以下の範囲で変量してさらに比較例及び実施例を積み重ねた結果、ナノコイル材料が十分にコイル化されるか否かの閾値が、プラズマ出力エネルギーが５７Ｗにあることが分かった。すなわち、この条件下において、ナノコイル材料が十分にコイル化されるか否かの閾値が、プラズマエネルギー密度が約０．０８Ｗ／ｃｍ^３にあることが分かった。

また、上記した比較例１から比較例３及び実施例１から実施例３と同様の条件下において、プラズマ処理ステップＳ１３でのプラズマ処理装置４０におけるプラズマ出力エネルギーのみを１００Ｗ以上の高い領域で変量してさらに比較例及び実施例を積み重ねた結果、ナノコイル材料が十分にコイル化されるか否かの閾値が、プラズマ出力エネルギーが１０７０Ｗにあることが分かった。すなわち、この条件下において、ナノコイル材料が十分にコイル化されるか否かの閾値が、プラズマエネルギー密度が約１．５Ｗ／ｃｍ^３にあることが分かった。

すなわち、上記した比較例１から比較例３及び実施例１から実施例３と同様の条件下において、プラズマ処理ステップＳ１３でのプラズマ処理装置４０におけるプラズマ出力エネルギーのみを変量した結果、ナノコイル材料が十分にコイル化される場合の条件が、プラズマ出力エネルギーが５７Ｗ以上１０７０Ｗ以下にあることが分かった。すなわち、この条件下において、ナノコイル材料が十分にコイル化される場合の条件が、プラズマエネルギー密度が約０．０８Ｗ／ｃｍ^３以上約１．５Ｗ／ｃｍ^３以下にあることが分かった。

また、上記した比較例１から比較例３及び実施例１から実施例３と同様の条件に対して、コア部材形成ステップＳ１１で用いる基板２０を基板３０に変更した場合、上記と同様にプラズマ処理ステップＳ１３でのプラズマ処理装置４０におけるプラズマ出力エネルギーのみを変量して比較例及び実施例を積み重ねた結果、ナノコイル材料が十分にコイル化される場合の条件が、プラズマ出力エネルギーが５７Ｗ以上１０７０Ｗ以下にあることが分かった。すなわち、この条件下においても、ナノコイル材料が十分にコイル化される場合の条件が、プラズマエネルギー密度が約０．０８Ｗ／ｃｍ^３以上約１．５Ｗ／ｃｍ^３以下にあることが分かった。

また、上記した比較例１から比較例３及び実施例１から実施例３と同様の条件に対して、金属薄膜形成ステップＳ１２で金属薄膜を形成する金属材料をニッケルから銀または銅に変更した場合、上記と同様にプラズマ処理ステップＳ１３でのプラズマ処理装置４０におけるプラズマ出力エネルギーのみを変量して比較例及び実施例を積み重ねた結果、金属材料として銀を用いた場合でも銅を用いた場合でも、ナノコイル材料が十分にコイル化される場合の条件が、プラズマ出力エネルギーが５７Ｗ以上１０７０Ｗ以下にあることが分かった。すなわち、これらの条件下においても、ナノコイル材料が十分にコイル化される場合の条件が、プラズマエネルギー密度が約０．０８Ｗ／ｃｍ^３以上約１．５Ｗ／ｃｍ^３以下にあることが分かった。

また、上記した比較例１から比較例３及び実施例１から実施例３と同様の条件に対して、プラズマ処理ステップＳ１３で用いるチャンバ４１の容積並びに形状を種々の形態に変更した場合、上記と同様にプラズマ処理ステップＳ１３でのプラズマ処理装置４０におけるプラズマ出力エネルギーのみを変量して比較例及び実施例を積み重ねた結果、ナノコイル材料が十分にコイル化される場合の条件が、チャンバ４１の容積並びに形状に依らず、プラズマエネルギー密度が約０．０８Ｗ／ｃｍ^３以上約１．５Ｗ／ｃｍ^３以下にあることが分かった。このことから、ナノコイル材料が十分にコイル化されるか否かは、プラズマ出力エネルギーよりもプラズマエネルギー密度に依存していることが分かった。

１０コア部材形成装置
１１シリンジ
１２ノズル
１３高電圧電源
２０，３０基板
２１，３１支持板
２２，３２ＰＴＦＥ板
２３可動板支持部材
２４，３４可動板
３５可撓部材
４０プラズマ処理装置
４１チャンバ
４２カソード
４３基板載置部

Claims

ナノファイバ状で樹脂のコア部材を形成するコア部材形成ステップと、
前記コア部材形成ステップで形成した前記コア部材の表面に金属薄膜を形成する金属薄膜形成ステップと、
前記金属薄膜形成ステップで前記金属薄膜が形成された前記コア部材に、前記金属薄膜のイオン価数が０となるときに最も化学的に安定化する雰囲気下でプラズマ処理を施すことで、前記コア部材を分解して、前記金属薄膜を形成していた金属材料を含むナノコイル材料を形成するプラズマ処理ステップと、
を含み、
前記プラズマ処理ステップでは、プラズマエネルギー密度が０．０８Ｗ／ｃｍ^３以上１．５Ｗ／ｃｍ^３以下であることを特徴とするナノコイル材料形成方法。
前記金属薄膜形成ステップでは、銀または銅の前記金属薄膜を形成し、
前記プラズマ処理ステップでは、空気ガス雰囲気下で前記プラズマ処理を施す、
ことを特徴とする請求項１に記載のナノコイル材料形成方法。
前記金属薄膜形成ステップでは、ニッケルの前記金属薄膜を形成し、
前記プラズマ処理ステップでは、アルゴンガス雰囲気下で前記プラズマ処理を施す、
ことを特徴とする請求項１に記載のナノコイル材料形成方法。