| 研究課題/領域番号 |
21K04028
|
|---|
| 研究種目 |
基盤研究(C)
|
| 配分区分 | 基金 |
|---|
| 応募区分 | 一般 |
|---|
| 審査区分 |
小区分21010:電力工学関連
|
|---|
| 研究機関 | 兵庫県立大学 |
|---|
研究代表者 |
菊池 祐介 兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (00433326)
|
|---|
| 研究分担者 |
齋藤 誠紀 山形大学, 大学院理工学研究科, 准教授 (40725024)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
|
| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
|
| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
|
|---|
| キーワード | 繊維状ナノ構造 / アーク放電 / タングステン / ヘリウムバブル / 準大気圧ヘリウムアーク放電 / プラズマ表面処理 / 準大気圧アーク放電 |
|---|
| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，準大気圧アーク放電を用いて，従来の低ガス圧プラズマ装置の10倍以上の高密度プラズマを生成し，材料表面が黒色化する繊維状ナノ構造を高速形成する世界初の技術を開発する。特に，高い中性ガス圧力下において，試料に照射されるヘリウム入射イオンエネルギーを制御し，繊維状ナノ構造形成への効果を明らかにする。本研究から，将来の産業応用に資する低コスト・高速形成技術を構築し，アーク放電研究の新展開としての革新的材料プロセスの学術的基盤を得る。
|
| 研究成果の概要 |
ヘリウム（He）プラズマ照射により金属材料表面に形成される繊維状ナノ構造は完全黒体に近く，放熱材や触媒等への応用に優れた性能を示すが，その形成には高密度プラズマが必要である。本研究では繊維状ナノ構造の産業応用を見据えて，簡易的な装置で高密度プラズマが得られる準大気圧Heアーク放電をプラズマ源に採用し，タングステン（W）試料にHeアーク放電を照射することで繊維状ナノ構造を形成した。真空容器とW試料間に印加する負のバイアス電圧によりWへのHeイオン入射エネルギーを制御した結果，約10分の短時間のHeアーク照射にて，繊維状ナノ構造形成に起因する黒色化Wが得られることを実証した。
|
| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
繊維状ナノ構造の形成条件に入射イオンエネルギーが約20 eV以上があり，本研究で採用した5 kPaの高いガス圧力下ではシース中の中性粒子とイオンの衝突が無視できず，入射イオンエネルギーは低エネルギー側に分布を持つ。そのような環境下において繊維状ナノ構造が形成されることを示し，また試料バイアス電圧をスパッタリング閾値以上に設定することで，繊維状ナノ構造の成長が促進されることを明らかにする等，アーク放電を用いた材料表面処理技術の新展開に貢献している。また，繊維状ナノ構造の高速形成を簡易的な実験装置で実現しており，この技術を用いて繊維状ナノ構造の産業応用が進展することが期待できる。
|
