| 研究課題/領域番号 |
19K22034
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分26:材料工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
西井 準治 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (60357697)
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| 研究分担者 |
藤岡 正弥 北海道大学, 電子科学研究所, 助教 (40637740)
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| 研究期間 (年度) |
2019-06-28 – 2021-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2020年度)
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| 配分額 *注記 |
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2019年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
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| キーワード | イオンビーム / ガラス / イオン伝導 / 高電圧 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、様々な質量の1価カチオン(Li, Na, K, Rb, Cs)を放出する『全固体アルカリイオンガン』を開発する。我々が開発した『水素雰囲気コロナ放電処理法』は、1価カチオンを含有するリン酸塩ガラスに対して水素雰囲気中でコロナ放電処理を施し、ガラスから90%以上のカチオンが連続的に排出させることができる。この原理をイオンガンに応用し、従来の約1000倍のイオンを2000時間以上に渡って放出できる小型化イオンガンを開発し、高速・高精細なFIB微細加工、高精度なSIMS分析、黒リン、グラフェンなどの2D材料や、SnSe、TaS2などの層状物質へのキャリヤー導入などへの応用を目指す。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、多様な一価カチオンを高出力で放出できる全固体イオンガンの開発を行う。このイオンガンは、水素雰囲気下でのコロナ放電により発生するプロトンを、リン酸塩ガラスに照射することで、固体中からカチオンが放出される現象を利用する。現在、この全固体イオンガンを評価するための装置開発を進めており、ほぼ完成に至っているが、イオン源部分の機構については試行錯誤を重ねている段階である。
また、本研究で用いるイオン放出のメカニズムを詳細に調べた結果、印加電圧の極性に応じて、プロトンに加えて、ヒドリドの制御も可能であるという結果が得られた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究で開発を進める全固体イオンガンは、高速・高精細な微細加工を可能にし、高精度なSIMS分析や、イオン制御による無機材料合成への活用など、基礎科学の更なる発展と産業応用に貢献する。さらに、近年イオンガンは、医療分野における重粒子治療や、宇宙開発の分野では、宇宙空間の推進力等に利用されている。特に、本研究で開発を進めているイオンガンは原理的にアニオンとカチオンを交互に放出できることを見出しており、これを利用したイオンエンジンは、ニュートライザーを必要としない新たな宇宙空間の推進力として期待される。本研究により全固体イオンガンとしての応用可能性が広がり、具体的な装置開発が進められた。
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