2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a pulsed-source vacuum electrospray beam gun and its application to TOF-SIMS
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21H03734
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
二宮 啓 山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (10402976)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
チェン リーチュイン 山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (40585577)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | エレクトロスプレー / イオンビーム / 短パルス化 / 二次イオン質量分析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
以前に開発した真空エレクトロスプレー液滴イオン(VEDI)ビーム銃はビームを短パルス化できないという弱点があるため、飛行時間型二次イオン質量分析計(TOF-SIMS)で応用していくことが極めて困難である。そこで本研究では、イオンビームのソース部を極短パルス化するという全く新しい発想のもと、パルスソース型VEDIビーム銃を開発し、それをTOF-SIMSの一次イオンビームとして利用するための研究開発を開始した。
2021年度の研究開発においては、まずどれほど短時間までエレクトロスプレーの発生を制御することができるかを大気圧下での実験によって明らかにした。最短75 nsで9 kVのパルス高電圧まで出力できるプッシュプル型高速高電圧トランジスタスイッチを用いて電気回路を構築し、それによりどれほど短時間までエレクトロスプレーの発生を制御できるか実験するとともに、そのような極限状況でのエレクトロスプレー発生メカニズムについて研究した。この実験では、先端内径が1から4ミクロンのシリカ製キャピラリーに電極として本体直径が120ミクロンのSUS針を挿入し、そのSUS針にパルス高電圧を印加してエレクトロスプレーが発生するかどうかを質量分析計によって確認した。これまでは最短で200 nsまでしかエレクトロスプレーの発生を確認できていなかったが、今回の実験で100 ns以下の短時間でもエレクトロスプレーが発生することを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2021年度は当初の予定に沿って、最短75 nsで9 kVのパルス高電圧まで出力できるスイッチング回路を構築し、どれほど短時間までエレクトロスプレーの発生を制御できるかを大気圧下の実験によって確認した。これまでは最短で200nsまでしかエレクトロスプレーの発生を確認できていなかったが、今回の実験で100ns以下の時間でもエレクトロスプレーを発生できることが明らかとなり、真空での実験に向けた準備も順調に進んでいることから、おおむね当初の計画通りの研究開発を遂行できたと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度は、飛行時間型二次イオン質量分析(TOF-SIMS)に利用できるパルスソース真空エレクトロスプレー液滴イオン(P-VEDI)ビーム銃試作の第一段階として、パルスソース型に適したイオン源の設計を行う。以前に開発したVEDI銃のイオン源を独自に設計・試作したときに培ったノウハウを生かし小型でメンテナンスのしやすいパルスソース型イオン源を製作する。イオン源スタート方式によるTOF測定が行いやすいようイオン源に組み込むキャピラリーに直に高電圧パルスを印加できる構造とする。試作したP-VEDI用イオン源については大気圧下での動作チェックののち、真空下でイオン源単独で動作させ、発生した帯電液滴のサイズを評価するとともに、真空での極短パルスエレクトロスプレー発生メカニズムについても研究する。メカニズム解明に向けては、以前にエレクトロスプレーにおいて瞬間的に発生する帯電液滴を高輝度なパルスレーザによって可視化し、電流の時間的挙動も測定して探針エレクトロスプレーイオン化法のメカニズム解明に携わった山梨大学のチェン准教授が研究分担者として協力する。さらにTOF-SIMS装置に実際に設置することを想定してP-VEDI銃全体の構成を検討し試作機の仕様を決定する。
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Research Products
(7 results)
