凝縮プラズマ系下の金属-超軽元素化合物生成機構の基礎的解明

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12450293
• 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) ; 野平 俊之 京都大学, エネルギー科学研究科, 助手 (00303876) ; 後藤 琢也 京都大学, エネルギー科学研究科, 助手 (60296754)
• 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 / プラズマ / 窒化物 / 水素 / 傾斜組成 / TiN / Ti2N

研究概要

申請の主要設備(三次元超高精度試料微動装置、(株)日製産業、HTM-2000型、@k\6,300)を設置、現有設備のDCプラズマ発生装置及び電気化学的電析装置にドッキングさせ、これらの装置が連携して稼働するように調整した。
本主要設備のの特徴は、画像情報と温度および元素分布情報(分光による色温度、元素発光)を三次元的な空間分布として取り込み、それらの結果を予め申請者らによって独自に開発作成、インストールされた画像処理ソフト、データー処理ソフトによってモニター画面又はプリントアウト上に表示させることにある。全ての処理はディジタル処理であり、数値情報として科学研究用の計測をすることが出来る用に製作調整した。
1.凝縮プラズマ系反応による非平衡高機能物質の創製
金属-超軽元素化合物としてチタンの窒化が、電気化学的な方法およびプラズマ、並びに焼結の衣装血方法で行われ、それぞれ薄膜、厚膜、バルクが得られた。この項目で最も重要なことは、これまで試みられることの無かった、in-situ、in-bitroの状態でのプラズマ条件や電気化学パラメーターの把握が「三次元超高精度試料微動装置」に依って、ラディカル種やイオン種の空間分布表示並びに析出形態の三次元空間形態表示として成功したことである。
2.プラズマ温度の測定およびラディカル種の空間分布検出
プラズマの温度は、通常の熱電対等での温度とは異なり、プラズマガス中のイオンや活性ラディカル種のエネルギー状態の目安である。ここではこのプラズマ温度が、凝縮プラズマ反応を左右することを考慮し、現有の分光装置によって分光強度からプラズマ温度を算出することに成功した。「三次元超高精度試料微動装置」と連動させた光学像検出装置を介して「分光」され、温度およびその発光波長、吸収波長から元素、分子ないしは反応に関与する活性ラディカル種の「三次元的検出と表示」がなされた。
これらのデーターは高温の凝縮プラズマガス中の反応機構の解明及び熱力学的(非平衡熱力学的)な計算やシミュレーション計算の時の基礎資料とする予定である。
本研究は本年度の追加交付によるものであるために、研究計画予定の遂行が大幅に遅れているが、以上に示す2つの項目が達成された。今後、そのそれぞれの研究の深化を進め、次年度中に一定の成果を得るため鋭意努力中である。

研究成果

• [文献書誌] M.Tamaki: "The role of hydrogen in plasma nitriding : Hydrogen behavior in the titanium nitride layer"Plasmas & Ions. 3. 33-39 (2001)
• [文献書誌] M.Tamaki: "Titanium Nitride Layer Prepaired by Plasma Nitriding"Proc.of the 12nd Int.Conf.on Secondary Ion Mass Spectroscopy. 145. 863-866 (2000)
• [文献書誌] T.Kanasaku: "Hydrothermal synthesis and electrochemical properties of Li-Mn- spinel"Solid State Ionics. 133. 51-56 (2000)
• [文献書誌] Takuya Goto: "Electrochemical formation of iron nitride film in a molten LiCl-KCl-Li3N system"Electrochimica Acta. 45. 3367-3373 (2000)
• [文献書誌] K.Amezawa: "Protonic Conduction and Defect Structures in Sr-Doped LaPO4."Solid State Ionics (in press). (2001)
• [文献書誌] Y.Ito: "Non-conventional electrolytes for electrochemical applications"Electrochimica Acta. Extended. 2611-2622 (2000)
• [文献書誌] H.Kuwahara: "Surface Reaction of Magnesium in Hank's Solutions Materials"Science Forum. 350-351. 349-358 (2000)
• [文献書誌] H.Kuwahara: "Mechanical Properties of Bulk Sintered Chromium Nitride Ceramic"Proceedings of 2000 Powder Metallurgy World Congress. 1289-1292 (2001)
• [文献書誌] T.Goto: "Formation fo nitride thin films by electrochemical implantation"Proc.12th Int.Symp.on Molten Salts,P.C.Trulove,H.C.DeLong and S.Deki eds.,The Electrochemical Society. 658-674 (2000)