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
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19K03815
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| Research Institution | Konan University |
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Principal Investigator |
梅津 郁朗 甲南大学, 理工学部, 教授 (30203582)
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| 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)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| 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 |
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| 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。
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