| 研究課題/領域番号 |
21K04708
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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26050:材料加工および組織制御関連
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| 研究機関 | 長岡技術科学大学 |
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研究代表者 |
西川 雅美 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (20622393)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 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 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2021年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | 窒素ドープ / 金属酸化物 / レーザ / 低温結晶化 / エキシマレーザ / 低温 / エキシマレーザー / 窒化 / 窒化プロセス |
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| 研究開始時の研究の概要 |
持続可能エネルギー技術である「太陽光と水から水素を製造する『光電極』」の重要課題である光エネルギー変換効率を革新的に向上させるため，光電極の内部に植物の光合成システムを模倣した電位ステップ構造を形成させる「酸化物－酸窒化物－窒化物の積層構造」を創製する．その積層構造の実現に向け，酸化物の特性を変えずに酸窒化物および窒化物を低温で結晶化させる「エキシマレーザー照射法と窒素プラズマ法およびアンモニア反応法の融合プロセス技術」を確立する．
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| 研究成果の概要 |
窒素プラズマ中の前駆体膜にエキシマレーザ照射する低温窒化プロセスにおいて、窒素プラズマ中に水素を添加することで、薄膜により多くの窒素が導入されることを明らかにし、数at%の窒素がドープされた金属酸化物膜を作製できた。これは水素による還元効果とＮＨラジカル生成によるものと考えられる。さらに、窒素の導入しやすさには、金属と酸素の結合解離エネルギー、酸化物および窒化物の標準生成ギブスエネルギーが関係していることが示された。特に結合解離エネルギーが小さい金属ほど、窒素が導入されやすいことを明らかにした。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
一般的に、金属酸化物に窒素ドープするには、窒素もしくはアンモニア雰囲気中での高温熱処理が必要であるのに対して、本プロセスは低温で窒素ドープ金属酸化物を成膜できることを明らかにした。本プロセスを用いることで、これまで困難であった耐熱性の低い材料（基材）にも窒素ドープ金属酸化物を成膜することが可能となる。つまり、窒素ドープ金属酸化物の応用が拡大する。今後は、本プロセスを用いて窒素ドープ金属酸化物を種々の材料に積層させることで、電位ステップ構造を実現させ、光電極等の特性向上を実現していく。
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