準大気圧アーク放電による材料プロセスの新展開：He誘起繊維状ナノ構造の高速形成
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21K04028
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21010:Power engineering-related
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
菊池 祐介 兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (00433326)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
齋藤 誠紀 山形大学, 大学院理工学研究科, 准教授 (40725024)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | 準大気圧ヘリウムアーク放電 / 繊維状ナノ構造 / タングステン / プラズマ表面処理 / 準大気圧アーク放電 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，準大気圧アーク放電を用いて，従来の低ガス圧プラズマ装置の10倍以上の高密度プラズマを生成し，材料表面が黒色化する繊維状ナノ構造を高速形成する世界初の技術を開発する。特に，高い中性ガス圧力下において，試料に照射されるヘリウム入射イオンエネルギーを制御し，繊維状ナノ構造形成への効果を明らかにする。本研究から，将来の産業応用に資する低コスト・高速形成技術を構築し，アーク放電研究の新展開としての革新的材料プロセスの学術的基盤を得る。
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| Outline of Annual Research Achievements |
ガス圧力5 kPa下にて生成したヘリウム（He）アーク放電をタングステン（W）試料に照射し，W表面に繊維状ナノ構造を形成する実験を引き続き実施した。W試料と真空容器間にバイアス電圧（Vb）を印加することで，W試料への入射Heイオンエネルギー（Ei）を制御した。実験ではVbを-22 Vから-242Vに変化させることで，Heイオン照射によるWのスパッタリング閾値（~150 eV）以上のEiを有するHeを試料温度約1000℃にて照射した。その結果，繊維状ナノ構造層の厚さが1 μm以上になると，Vbが負に深いほど繊維状ナノ構造の成長が促進されることが分かった。この結果から，スパッタリング閾値以上のEiを有するHeが照射されると，スパッタリングにより繊維状ナノ構造の初期形状の形成が阻害されるため，繊維状ナノ構造層の厚さが薄いときには成長が鈍化すると考えられる。一方，繊維状ナノ構造層がある程度成長すると，より深い位置に分布したHeバブルが表面に供給されるため，引き続き繊維状ナノ構造が成長すると考えられる。これらの成果は第25回ISPC国際会議（2023年5月、京都）およびGlobal Plasma Forum in Aomori（2023年10月、青森）で発表した。一方，試料温度約2000℃の高温下でHeアーク照射実験をすることで，W試料表面に直径数μmのHeバブル・ホールを形成し，その放射率を測定したところ0.8程度と得られた。繊維状ナノ構造の放射率に比べるとやや低いが，高温耐性を有しており，アークランプ電極の放射冷却機構等への応用も期待されることが分かった
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Report
(3 results)
Research Products
(11 results)
