凝縮プラズマ系における結晶成長微細機構の解明

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10450270
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 冨井 洋一 京都大学, エネルギー科学研究科, 助教授 (90026245)
• 研究分担者: 雨澤 浩史 京都大学, 人間・環境学研究科, 助手 (90263136) ; 桑原 秀行 (財)応用科学研究所第一研究室, 室長 (90132795) ; 高田 潤 岡山大学, 工学部, 教授 (60093259) ; 山本 直一 京都大学, 人間・環境学研究科, 教授 (70027704)
• キーワード: 凝縮プラズマ / ラディカル種ないしはイオン種 / 結晶成長 / 窒化チタン / SIMS / ERDA / TiN / Ti2N

研究概要

申請の装置を搬入、設置し、現有のDCアークプラズマ材料製造装置に連結し、併用稼働のための調整を行った。主要設備(超長作動距離顕微鏡観察システム、グラフィカル3Dイメージイメージアナライザー付属、(株)京都光学製、@@k$$5,460)は最大限300mmの作動距離を持つ顕微鏡と望遠鏡の特徴を併せ持つように、開発されたものでその分離能は最大作動距離で2μmである。実際には、1.5μm以下の高性能な物となった。さらに、焦点距離または作動距離を微小に変化させたときの画像をを順次CCDカメラで取り込み、コンピューターで画像処理させることによって深さ方向の形態情報を数値化するとともに、焦点深度の非常に大きい(設計上は焦点距離または作動距離に等しい)光学像をVTR上に得るもので、結晶成長における微細構造をin-situに観察するためには、極めて強力な機器である。
1.結晶成長微細機構のin-situ観察察とラディカルイオン空間分布・プラズマ温度の分光学的測定
(冨井、山本、高田担当)
凝縮プラズマ系及び高密度気体プラズマ中の機能質の生成過程、中でも核生成直後の結晶成長微細機構のin-situ観察を主要設備によって行いつつ、プラズマ炎の分光強度の測定(現有設備による。)から、結晶の微細成長機構に関わる化学的活性なラディカル種ないしはイオン種の検出同定を試みた。TiNの生成を例にすると、まずプラズマ炎中では、N、N2、NH、NH2、等が分光観測で得られる筈であるが、NHの分光波長は極端に短く、長波長側でも強度は認められなかったが、TiNの生成に関し、Nラディカルよりも、NHラディカルが深い相関を有することが実験的に示された。
2.プラズマ中のラディカルイオン二次元分布と結晶成長微細機構および機能性の評価
(山本、高た、冨井担当)
結晶成長微細機構の理解を深めるためには、空間での三次元的な成長方向性を考慮して評価されなければならい。プラズマ炎中の化学的な活性ラディカル種ないしはイオン種の検出はこのことに対応する。ここでは第一歩として、ラディカルイオンの二次元分布と結晶成長微細機構の対応を求め、支配因子の中のラディカル種ないしはイオン種の抽出を試みている。時間的に、注目すべき成果は今のところ得られていない。
生成された物質の機能性の評価は、実用化の段階では重要なものである。特に、高度な機能創製の期待される非平衡反応によって合成される時、結晶成長の微細結晶構造に依存する敏感な機能性が評価される。すなわち、申請者らの属する機関に既存の大型機器(300kVTEM、高分解能分析SEM,XRD,IMA,ICP,XPS等)が活用され、原子サイズからメゾスコピックなスケールでの組成、組織、構造の把握を行いつつある。

研究成果

• [文献書誌] J.Kondoh, S.Kikuchi, Y.Tomii and Y.Ito: "Aging and Composition Dependence of Electron Diffraction Patterns in Yttria-Stabilized Zirconia : Relationship between Crystal Structure and Conductivity" Physica B. 262. 177-189 (1999)
• [文献書誌] L.O.Jerdal,R.Tunold, Y.Tomii and Y.Ito: "The Effect of Mechanical Load Polarisation and Oxygen Partial Pressure on the Oxygen Reduction at the La_<0.6>Sr_<0.4>Fe_<0.8>Mn_<0.2>O_<3-δ>/YSZ Interface" Proc. of the 3rd European Solid Oxide Fuel Cell Forum. 97-104 (1998)
• [文献書誌] K.Amezawa, N.Yamamoto, Y.Tomii and Y.Ito: "Single Electrode Peltier Heat of an Li-Al Alloy Electrode in Molten Chloride System" Proc. of the 7th China-Japan Bilateral Conf. on Molten Salt Chemistry and Technology. 147-150 (1998)
• [文献書誌] I.Kusui, K.Yokoe, K.Osamura, H.Adachi, H.Okuda and Y.Tomii: "Characteristics of Super-High Strength Al-Zn-Mg-Cu Alloys" Proc. of the 6th Int. Cof. on Aluminium Alloys, ICAA-6. 3. 1777-1782 (1998)
• [文献書誌] L.O.Jerdal, R.Tunold, Y.Tomii and Y.Ito: "The Oxygen Electrode Process at the La0.6Sr0.4Fe0.8Mn0.203-δ/YSZ Interface" 49th Annual meeting of International society of Electrochemistry,Extended Abstract. 766-766 (1998)
• [文献書誌] K.Amezawa, N.Yamamoto, Y.Tomii and Y.Ito: "Single Electrode Peltier Heats of LI-Si Alloy Electrodes in LiCl-KCl Eutectic Melt" 49th Annual meeting of International society of Electrochemistry Extended Abstract. 377-377 (1998)
• [文献書誌] K.Amezawa, N.Yamamoto,Y.Tomii and Y.Ito: "Single Electrode Peltier Heats of LI-Si Alloy Electrodes in LiCl-KCl Eutectic Melt" J.Electrochem. Soc.145. 1986-1983 (1998)
• [文献書誌] J.Kondoh, T.Kawashima, S.Kikuchi, Y.Tomii, and Y.Ito: "Effect of Aging on Yttria-Stabilized Zirconia III: A Study on the Effect of Local Structures on Conductivity" J.Electrochem. Soc.145. 1550-1560 (1998)
• [文献書誌] J.Kondoh, T.Kawashima, S.Kikuchi, Y.Tomii, and Y.Ito: "Effect of Aging on Yttria-Stabilized Zirconia II: A Study on the Effect of the Microstructure on Conductivity" J.Electrochem. Soc.145. 1536-1550 (1998)
• [文献書誌] J.Kondoh, T.Kawashima, S.Kikuchi, Y.Tomii, and Y.Ito: "Effect of Aging on Yttria-Stabilized Zirconia I: A Study of its Electrochemical Properties" J.Electrochem. Soc.145. 1527-1536 (1998)
• [文献書誌] M.Tamaki, H.Kuwahara,Y.Tomii and N.Yamamoto: "An Investigation of Titanium Nitride prepared by a DC Arc Plasma Jet" J.Materials Synthesis and Processing. 6. 215-218 (1998)
• [文献書誌] 冨井洋一: "ナイトライドセラミックス" 日刊工業新聞社, 174 (1998)