| 研究課題/領域番号 |
20K03918
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分14030:プラズマ応用科学関連
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| 研究機関 | 足利大学 |
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研究代表者 |
安藤 康高 足利大学, 工学部, 教授 (60306107)
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| 研究分担者 |
西山 秀哉 足利大学, 工学部, その他 (20156128)
田中 学 大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (20243272)
茂田 正哉 東北大学, 工学研究科, 教授 (30431521)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2020年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
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| キーワード | プラズマ溶射 / 熱プラズマ / CVD / 酸化物半導体 / 光触媒 / 旋回流プラズマ / 酸化チタン / 微粒子 / 液相前駆体溶射 / 熱遮へいコーティング |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、新規に開発した旋回流プラズマジェットを用いたSPPS装置を用いて、従来のCVD、PVD、噴霧熱分解法により形成された薄膜と同等の品質を有する薄膜の低温かつ高速合成を、大気雰囲気下で行う。従来の大気プラズマ溶射では、ナノオーダーの微粒子を分散させたサスペンション溶射（SPS）が、薄膜の微細組織制御に成功していることから、本研究のSPPSは、上流側熱プラズマで燃焼炎合成によるTiO2微粒子合成、下流側熱プラズマで合成したTiO2微粒子の溶融および基板上への輸送を行うことにより、SPSに準じた薄膜形成を可能にし、実用的なTiO2半導体薄膜の高速合成を図る。
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| 研究成果の概要 |
高強度機能性薄膜の形成が可能な大気液相前駆体溶射（ASPPS）装置の開発を目的として、上流部（微粒子形成用）、下流部（微粒子溶射用）に1台ずつ旋回流プラズマトーチを設置した複合型旋回流プラズマトーチを有するASPPS装置を考案・試作し、当該装置の高強度酸化チタン薄膜形成能力の検証を行った。その結果、溶射距離の短い（基板が高温となる）条件でルチルリッチ高強度薄膜形成が可能であった。また、ASPPS薄膜に後熱処理（加熱処理）を行った直後に急速冷却処理（市販不燃性急冷剤の噴霧）を施す事により、アナターゼ－ルチル変態点以下での薄膜結晶化が可能になり、高強度アナターゼリッチ薄膜の形成に成功した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
大気圧下で行われる液相前駆体プラズマ溶射 (大気SPPSもしくはASPPS) は、機能性微粒子形成技術として実用化されているが、薄膜形成技術としては、形成される薄膜の機械的特性が低いため実用化に至っていない。減圧下で行われるSPPSは、機能性薄膜の高速形成技術として実用レベルに達していることから、大気圧下で行われる本研究の研究成果は、より簡便な設備での機能性薄膜の高速形成が可能となり、機能性薄膜の形成コスト低減に有効である。特に酸化物薄膜等は開放大気下での形成も可能になる事から、熱遮へいコーティング用柱状組織PSZの高速形成などへの応用に期待できる。
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