プラズマ支援パルスレーザー蒸着による高耐熱オールセラミックス黒色絶縁薄膜の開発
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21J12847
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
山口 実奈 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
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| Keywords | 光吸収薄膜 / ナノ複合体 / 黒色絶縁体 / パルスレーザー蒸着 / 反射防止膜 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、高い耐熱性・黒色性・高い電気絶縁性を両立するオールセラミックス絶縁体 -導体ナノ複合薄膜を開発し、それらの光学・電子物性の起源を明らかにすることを目指す。 熱力学計算と状態図を用い材料系を選択し、プラズマ支援パルスレーザー蒸着法を用いてナノ複合薄膜試料を作製する。微細組織や結晶構造を調査し、電磁場解析や第一原理計算を相補的に用いながら、光学・電気特性およびその起源を明らかにする。また耐熱温度を調査し、耐熱温度向上のために重要なファクターを明らかにする。さらに、光熱変換効率および高温下での電気化学測定により太陽熱吸収体や燃料電池電極材料としての特性評価も行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、光吸収および高電気抵抗を担うセラミックス相の複合体を作製し、可視光全域で強く等しい吸収係数を示す黒色コーティング材料の開発を試みた。主に以下の2つの材料系に取り組み、以下の結果を得た。
1)昨年度から引き続きAl(O,N)x-Ti(O,N)x系での黒色絶縁体開発を目指し、TiON相とAlON相が分相せず非晶質相として成膜されたTi-Al-O-N系薄膜について、①成膜温度の400 °Cから600 °Cへの増大、②後熱処理による分相を試みたが、複合体は作製されなかった。
2)強い可視光吸収を示すLa0.6Sr0.4CoO3-δ(LSC)を光吸収相に採用し、高い電子伝導度を示す酸化物相との複合化を試みた。先行研究によりLSCとの複合体の作製が多数報告されているSm0.2Ce0.8O2-δを選択し、PLDにより成膜した。分相させるには、750 °C以上の熱処理が必要とXRD測定から示唆された。750 °C熱処理後の試料は、従来報告されている金属-酸化物系黒色絶縁膜の強度(40 μm^-1程度)には届かないが、可視光全域において6 μm^-1以上の吸収係数を示した。この試料では450 nm近傍を中心とするガウシアンピークが観測されたが、50-100 nm径のLSC粒子を誘電率3-8のマトリックスに分散させて有限差分時間領域法による電磁波計算(MEEPを使用)で算出された散乱断面積が可視広域にピークを持たず、プラズモン吸収による可視光吸収強度の増大は生じていないと示唆された。また、室温においてデジタルマルチメーターによる簡易抵抗測定からシート抵抗MΩ/sq.以上と示唆され、吸収強度は既報の金属-酸化物系黒色絶縁膜より劣るが、本研究の目標であるオールセラミックスの黒色絶縁体であった。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(6 results)
