2015 Fiscal Year Annual Research Report
プラズマを用いたナノ粒子精密配置制御の学術基盤創成
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26246036
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
白谷 正治 九州大学, システム情報科学研究科(研究院, 教授 (90206293)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
古閑 一憲 九州大学, システム情報科学研究科(研究院, 准教授 (90315127)
内田 儀一郎 大阪大学, 接合科学研究所, 准教授 (90422435)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | プラズマ / ナノ粒子 / ３Dプリンティング / ゆらぎ / 電子・電気材料 / 第３世代太陽電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、申請者のこれまでのプラズマ中のナノ粒子についての研究を発展させて、大規模ナノシステムを自在に作製する『プラズマナノ粒子プリンティング』の実現に欠かせない学術基盤を確立することを目的とする。
平成27年度は、以下の2項目ついて研究した。
研究項目（１）反応性プラズマ中ナノ粒子物性の揺らぎ機構およびナノ粒子とプラズマの相互作用を起因とするナノ粒子含有プラズマの構造形成機構の解明では、平成27年度までに、ラジカルとナノ粒子のカップリングの寄与により、振幅変調放電時のサイズ分布が狭分散化することを理論的に示した。ナノ粒子量ゆらぎのバイコヒーレンス解析より、ナノ粒子量とラジカル密度が非線形結合している事を確認した。また、ナノ粒子とプラズマの相互作用によりナノ粒子の成長と共にプラズマのマクロスコピックな構造も変化することを明らかにした。加えてナノ粒子ゆらぎを周波数分解し、特定の周波数のゆらぎに対してエンベロープ解析を行った。エンベロープ解析結果は、ナノ粒子とプラズマの非線形結合のエネルギー輸送過程を明らかにする手法として期待できる。
研究項目（２）ナノ粒子射出法確立では、平成27年度に、ガス流を用いたナノ粒子輸送・配置についての研究を行った。ガス流と放電電力をパラメータとしてナノ粒子の輸送と堆積をレーザー散乱法と水晶振動子膜厚計法を用いて評価した。低ガス流速条件において、放電開始直後に下流領域の電極近傍にナノ粒子群が形成し、ナノ粒子が堆積が顕著に抑制されることを明らかにした。この結果は、ナノ粒子輸送・配置制御においてガス流とプラズマ生成領域およびその時空間ダイナミクスが重要であることを示唆する。
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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
平成27年度の研究計画は、（１）反応性プラズマ中ナノ粒子物性の揺らぎ機構およびナノ粒子とプラズマの相互作用を起因とするナノ粒子含有プラズマの構造形成機構の解明について、スペクトル解析を継続する、および（２）ナノ粒子射出法確立について、インフライト表面修飾とナノ粒子射出の基礎実験を行う予定であった。
上記研究計画に対して、平成27年度末までに、研究項目（１）について、反応性プラズマ中ナノ粒子量をレーザー散乱法を用いて計測して、振幅変調放電によるプラズマ摂動に対するナノ粒子ゆらぎについて、プラズマ乱流解析で用いられるエンベロープ解析適用した。その結果、ナノ粒子とプラズマの非線形結合のエネルギー輸送過程を解明可能であることを示した。研究項目（２）について、ガス流を用いたナノ粒子輸送の評価を行い、放電開始からのナノ粒子のガス流による輸送量の時間的変化を明らかにした。
以上の結果より、概ね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２８年度についても、平成２７年度に引き続き、（１）反応性プラズマ中ナノ粒子物性の揺らぎ機構およびナノ粒子とプラズマの
相互作用を起因とするナノ粒子含有プラズマの構造形成機構の解明と（２）ナノ粒子射出法の確立を行う。
（１）反応性プラズマ中ナノ粒子物性の揺らぎ機構およびナノ粒子とプラズマの相互作用を起因とするナノ粒子含有プラズマの構造形成機構の解明では、平成28年度は、さらなる狭分散化を目指すため、ナノ粒子成長方程式におけるナノ粒子の成長ゆらぎ抑制に効果のある非線形項の解明を継続する。ナノ粒子量揺らぎの各非線形結合成分についてバイコヒーレンス解析、バイフェイズ解析、エンベロープ解析などのスペクトル解析を用いてエネルギー輸送過程を同定してラジカルとナノ粒子の非線形カップリングによる成長の基盤となっている非線形結合課程を明らかにする。またプラズマパラメータ揺らぎとナノ粒子量揺らぎについてのスペクトル解析からプラズマとナノ粒子の相互作用における主要な過程を明らかにするとともに、相互作用によるマクロスコピックな構造形成機構を明らかにする。
（２）ナノ粒子射出法確立では、平成28年度は、ガス流と電場を併用したナノ粒子輸送・配置制御について検討する。また、ナノ粒子プラズマの応用として、ＣＯ２のメタン化について検討する、ガス改質状況を調べるため、ＦＴＩＲ装置を購入する。
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[Journal Article] Deposition rate and etching rate due to neutral radicals and dust particles measured using QCMs together with a dust eliminating filter2015
Author(s)
R. Katayama, K. Koga, D. Yamashita, K. Kamataki, H. Seo, N. Itagaki, M. Shiratani, N. Ashikawa, M. Tokitani, S. Masuzaki, K. Nishimura, A. Sagara, LHD Experimental Group
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Journal Title
Proc. 68th GEC/9th ICRP/33rd SPP
Volume: 60
Pages: LW1.101
Int'l Joint Research
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[Presentation] プラズマ中微粒子運動の2次元顕微解析2015
Author(s)
添島雅大, 伊東鉄平, 山下大輔, 徐鉉雄, 板垣奈穂, 古閑一憲, 白谷正治, 野口将之, 内田誠一
Organizer
平成27年度（第68回）電気・情報関係学会九州支部連合大会
Place of Presentation
福岡大学
Year and Date
2015-09-26
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[Presentation] AM変調を用いた反応性プラズマ中のナノ粒子揺らぎの時空間解析2015
Author(s)
森研人, 伊東鉄平, 古閑一憲, 添島雅大, 山下大輔, 徐鉉雄, 板垣奈穂, 白谷正治,小林達哉, 稲垣滋
Organizer
第9回プラズマエレクトロニクスインキュベーションホール
Place of Presentation
国立中央青少年交流の家, 静岡
Year and Date
2015-09-02
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