グラフェン高Q高周波空洞の原理実証

2013 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25390143
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Japan Synchrotron Radiation Research Institute
• Principal Investigator: 出羽 英紀 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 加速器部門, 副主幹研究員 (20360836)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 水野 明彦 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 加速器部門, 副主幹研究員 (30360829) ; 冨澤 宏光 公益財団法人高輝度光科学研究センター, XFEL利用研究推進室, 副主幹研究員 (40344395) ; 谷内 努 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 加速器部門, 副主幹研究員 (60360822)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 加速器 / 加速空洞 / 高周波 / グラフェン / 電気伝導度

Research Abstract

この研究ではグラフェンの高い電気伝導性を利用した高周波空洞を製作し、高周波特性を評価することを最終的な目標としている。そこでグラフェンを空洞表面に製膜する方法を検討し、銅製空洞の内面にグラフェン膜を製膜するための製膜装置の設計を行った。製膜方式は空洞の銅が触媒として働きながらグラフェンが銅表面上に成長することを利用する熱CVD方式を選択した。プラズマCVDと比較すると熱CVD方式では製膜がより高温が必要で、１０００°Cの高温にならないと、グラフェンは銅基盤上に製膜しない。それにもかかわらず熱CVDを選んだ理由は，熱CVDの方がプラズマCVDよりも現在のところ膜質が優れているからである。
今回設計した製膜装置で直径約１００mm、長さ２５０mmの円筒形状の空洞の内面にグラフェンを製膜できる。このくらいの大きさがあれば加速器の高周波空洞の製膜に十分使用できる。今年度はこの製膜装置のうち電気炉とヒーター制御装置を製作した。ヒーターはカンタルヒーターを用いた熱管状炉で大きさが外直径３５０mm、長さ３５０mmで、グラフェンの製膜が可能となる１１００°Cの高温まで加熱可能である。ヒータの温度制御はグラフェンの良好な膜質形成に重要で、製膜実験の重要なポイントの１つである。サイリスタ位相制御方式による温度制御によりヒーターを±１°Cの精度で温度をプログラム制御することができる。またグラフェン製膜の銅基板材料についても調査、検討を進めた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

平成２５年度は市販グラフェン膜による試験空洞の製作を計画していたがこれについては実施しなかった。その理由は、これを実施すると予算が厳しくなり、２６年度に製膜装置を完成させることが難しいためである。その代わりに２５年度に製膜装置の一部の製作を進めた。装置設計は特に問題なく完了し、すでに電気炉とヒータ制御装置が完成した。現在のところ２６年の秋の装置完成は問題なく、２６年中に銅空洞へグラフェンを製膜する実験が始められると考えている。

Strategy for Future Research Activity

２６年度は残りの石英管、試料導入口、ガスフローメータ等を用意して製膜装置を秋までに完成させ、グラフェン製膜実験を秋から開始する。製膜実験は銅の平板に対してグラフェンの製膜の条件出しをおこない、製膜方法を完成させる。グラフェン膜質を評価するためにラマン分光解析を実施したい。次に円筒形の銅薄板に対して製膜実験を行う。製膜条件が出せたら厚さのある銅パイプに対して製膜をおこない、グラフェン空洞を製作する。そしてグラフェン製膜された空洞の高周波測定を２６年度の冬から２７年の春にかけて行う予定である。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

熱CVD炉の購入金額が計画よりも安くなったので、残金が生じたため。
グラフェン製膜装置の製作資金として使用する予定である。