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2022 Fiscal Year Annual Research Report

超音速で進展する2つのプラズマの衝突過程を用いた複合ナノ粒子の創成

Research Project

Project/Area Number 19K03815
Research InstitutionKonan University

Principal Investigator

梅津 郁朗  甲南大学, 理工学部, 教授 (30203582)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 吉田 岳人  阿南工業高等専門学校, 創造技術工学科, 教授 (20370033)
福岡 寛  奈良工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (40582648)
青木 珠緒 (松本珠緒)  甲南大学, 理工学部, 教授 (80283034)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2023-03-31
Keywordsレーザーアブレーション / 衝撃波 / プルーム / ナノ粒子 / 複合ナノ粒子
Outline of Annual Research Achievements

本研究は2つのターゲット(SiとGe)をレーザーアブレーションし、対向して進展する2つのプルームを正面衝突させることによって、複合ナノ粒子を形成しようと いうものである。1年目は実験結果と計算機シミュレーションを比較することによって、プルーム進展過程への対向衝撃波の影響とレーザー遅延時間の効果を明らかにしてきた。2年目は継続してプルーム衝突過程をより詳細に議論し、堆積したナノ粒子に対しSTEM/EDSを用いて構造解析を行った。3年目はプルーム観察、 流体シミュレーション、構造解析の結果を総合的に検討した。バックグラウンドガス圧力が高い2000Pa以上では流体近似によるシミュレーションでプルームの衝突現象をよく近似できた。プルームが対向衝撃波と衝突するとプルームが逆方向に進展し、その影響で二つのプルームは混合しなかった。堆積物はナノ粒子凝集体とGeナノ粒子凝集体が結合したものであった。これはSiプルーム 中でSiナノ結晶凝集体が、Geプルーム中でGeナノ結晶凝集体が形成され、その後Siナノ結晶凝集体とGeナノ結晶凝集体が結合することを示す。1000Pa以下では平均自由行程が長くなり、流体近似でプルーム進展の振る舞いが十分再現できず、プルームは中央部で混合した。そこで、プルームを分光してSiとGeの進展を観察し、プルームの混合度合いを議論した。その結果、2つのプルームは衝突後混合し、その後対向衝撃波によって形成された流れによって広がることがわかった。500Paの時には堆積物は混晶ナノ粒子であり、混合プルーム中でナノ粒子が形成され、基板に到達したことが示された。これらの結果を基にバックグラウンドガス圧力の効果を衝撃波と平均自由行程で説明するモデルを提示し、4年目はこれらの成果をまとめて、国際会議での発表および論文発表を行った。

  • Research Products

    (6 results)

All 2023 2022

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Mixing of laser‐induced plumes colliding in a background gas2022

    • Author(s)
      Keita Katayama, Toshiki Kinoshita, Ren Okada, Hiroshi Fukuoka, Takehito Yoshida, Minoru Yaga, Tamao Aoki‐Matsumoto, Ikurou Umezu
    • Journal Title

      Applied Physics A

      Volume: 128 Pages: 1007 1-10

    • DOI

      10.1007/s00339-022-06136-1

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ガス中パルスレーザーアブレーション過程で放出されたサブミクロン球状粒子の単分散化2023

    • Author(s)
      伊東 佑真、吉田 岳人、青木 珠緒、梅津 郁朗
    • Organizer
      レーザー学会学術講演会第43回年次大会
  • [Presentation] レーザーアブレーション過程で放出された液滴の挙動2023

    • Author(s)
      伊東 佑真、吉田 岳人、青木 珠緖、梅津 郁朗
    • Organizer
      2023年第70回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] Formation of nanoparticle complexes by double pulsed-laser-ablation2022

    • Author(s)
      Keita Katayama, Ren Okada, Takahiro Nakamura, Yakehito Yoshida, Tamao Aoki-Matsumoto, Ikurou Umezu
    • Organizer
      COLA 2021/2022 16th International Conference on Laser Ablation
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] パルスレーザーアブレーション過程で形成された サブミクロン球状 Ag 粒子の慣性効果を用いた粒径分布制御2022

    • Author(s)
      伊東 佑真、吉田 岳人、青木 珠緒、梅津 郁朗
    • Organizer
      応用物理学会 2022年第83回秋季学術講演会
  • [Presentation] Study on Collision Process of Opposing Unsteady Supersonic Jets and Shock Waves2022

    • Author(s)
      Sakira Uno, Hiroshi Fukuoka, Atsushi Suda and Ikurou Umezu
    • Organizer
      9th Asian Joint Workshop on Thermophysics and Fluid Science
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2023-12-25  

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