| 研究課題/領域番号 |
18H01715
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| 研究機関 | 鹿児島大学 |
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研究代表者 |
青野 祐美 鹿児島大学, 理工学域工学系, 教授 (80531988)
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| 研究分担者 |
北沢 信章 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), 電気情報学群, 教授 (60272697) [辞退]
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | アモルファス窒化炭素 / 光誘起変形 / 光エネルギー変換 / 光駆動デバイス |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、アモルファス窒化炭素薄膜が可視光で変形する光誘起変形の起源を解明することを目的とするものである。アモルファス窒化炭素薄膜は、光エネルギーを直接力学的エネルギーに変換できることから、光駆動デバイスの実現に有用な材料であるが、アモルファス窒化炭素薄膜が光誘起変形を起こす原因については、まだよくわかっていない。その理由に、結合が一義的に決まらないというアモルファス炭素系材料の特性が挙げられる。そこで本研究では、アモルファス窒化炭素薄膜と同様の方法で作製したアモルファス炭素薄膜を用いることで、炭素ー炭素結合と炭素ー窒素結合を切り分けて光誘起変形と化学結合状態の関係を明らかにすることとした。
本年度は、主に炭素ー炭素結合が光誘起変形に及ぼす影響について調べた。具体的には、アモルファス窒化炭素薄膜と同じ装置を用いて、窒素を含まないアモルファス炭素薄膜を作製し、その光誘起変形量および化学結合状態を調べた。その結果、窒素を含まないアモルファス炭素でも光誘起変形が見られること、変形量はアモルファス窒化炭素薄膜の半分以下であることが明らかとなった。
炭素結合をより詳細に調べるため、ラマン散乱分光法、X線光電子分光法等を用いて化学結合状態を分析した結果、sp2結合の割合、特に六員環のグラファイトライクな構造を有している場合には、光誘起変形が起こりにくいことがわかった。さらに、赤外線カメラを用いて可視光照射中の試料の表面温度を測定した結果、温度変化と変形との間に相関は見られなかった。
また、高輝度赤外光を用いて、アモルファス窒化炭素薄膜の化学結合状態の面内分布について調べた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
試料作製に用いていたスパッタ装置が故障したため、当初予定されていたアモルファス炭素薄膜の熱的性質を明らかにするための熱膨張係数測定の一部は翌年に繰越となった。その代わりに、翌年度予定していたアモルファス窒化炭素薄膜の化学結合状態の面内分布を高輝度赤外分光法により測定する実験を前倒して実施することで、研究計画自体はおおむね順調に進展している。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究は、アモルファス窒化炭素薄膜が可視光で変形する光誘起変形の起源を解明するために、特に化学結合状態とアモルファス構造について着目している。化学結合状態については、sp2とsp3の炭素ー炭素、炭素ー窒素の結合を、アモルファス炭素薄膜、アモルファス窒化炭素薄膜の２種類を比較することで明らかにしていく。また、各薄膜の作製温度を変化させることで、それぞれの化学結合状態の割合が異なる試料が得られることから、それら試料の光誘起変形量と化学結合状態の相関を調べることで目的を達する予定である。
次年度は、アモルファス炭素薄膜およびアモルファス窒化炭素薄膜の熱的特性を熱膨張係数形および温度可変可能な赤外分光法を用いて測定し、熱膨張と光誘起変形の関係を明らかにする。また、アモルファス炭素薄膜における光熱変換量を測定するため、可視光照射時の試料の温度変化を赤外線カメラを用いて測定する。
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