非平衡プラズマを用いた化学反応による高水素吸蔵性カーボンナノチューブの気相合成

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14750149
• Research Institution: Gifu National College of Technology
• Principal Investigator: 石丸 和博 岐阜工業高等専門学校, 機械工学科, 助教授 (60232344)
• Keywords: 非平衡プラズマ / パルス変調 / RF放電 / 容量結合型プラズマ / 化学的気相合成 / 炭素系材料

Research Abstract

新たな水素吸蔵物質として注目されている単層カーボンナノチューブの合成には、化学的気相合成法を用いることが最も有効と考えられているが、この合成法によるチューブには欠陥が多い。しかし、この合成反応場に高い非平衡性を有する高周波交流(RF)放電プラズマを導入し、さらにこの放電をパルス変調することによって、過渡現象を利用したプラズマ状態の制御を行えば、欠陥の少ない高水素吸蔵性カーボンナノチューブを多量に合成できる可能性がある。初年度の本研究では、原料ガスとして用いたアセチレンと水素の混合ガス中における、容量結合型パルス変調RF放電の特性を調査し、プラズマ状態の制御性について検討した。
放電特性については、主に放電発生後放電を維持できる最小電圧(放電維持電圧)により評価した。パルス変調によって放電期間と非放電期間が生じるが、1周期における放電期間が相対的に長くなるほど、放電維持電圧は低下する傾向が見られた。これは、放電期間が長くなるほど、多くの荷電粒子が生成され、また非放電期間が短いほど、放電期間中に生成された荷電粒子が多く残留し、次の周期の放電が生じ易くなるためと考えられる。またこの傾向は、放電期間が長い領域では十分に表れていない。これは、放電期間が十分に長くなれば、非放電期間が長くても長時間存在できる荷電粒子が多く生成されるためと考えられる。そして、これらの特性は、放電に適切なパルス変調が施されれば、合成プロセスに重要と考えられる種類の荷電粒子や中性活性種の生成が、能動的に制御できることを示唆するものと考えられる。この時、積極的な電極加熱は行っていないが、接地側電極上には多くの炭素系材料の合成が確認された。
また、このパルス変調を用いる手法は、無声放電を用いたシリコン酸化膜の化学的気相合成にも試みられ、高品質な膜にするために有効であることが明らかにされた。

Research Products

• [Publications] 石丸和博: "パルス変調RF放電を用いた非平衡プラズマの炭素材料合成プロセスへの応用"第39回日本伝熱シンポジウム講演論文集. 39・1. 251-252 (2002)
• [Publications] 石丸和博: "無声放電による非平衡プラズマ化学反応を用いたCVDシリコン酸化膜の特性(膜の形成と性質に及ぼす放電形態の影響)"日本機械学会論文集(B編). 69・677. 115-120 (2003)
• [Publications] 石丸和博: "RF放電プラズマを用いた炭素材料のCVDプロセスに及ぼすパルス変調の影響"第40回日本伝熱シンポジウム講演論文集. (未定). (2003)
• [Publications] Kazuhiro ISHIMARU: "Application of Pulse modulated RF Discharge Plasma to CVD of Carbon Materials from C2H2-H2 Mixture"Proceedings of 16th International Symposium on Plasma Chemistry(ISPC16). (未定). (2003)