| 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 |
アモルファス窒化炭素薄膜は、可視光の照射中のみ体積が変化する光誘起変形材料の一種である。光エネルギーを直接力学的エネルギーに変換できる光誘起変形材料は、光駆動デバイス応用に欠かせない。しかしながら、アモルファス窒化炭素薄膜の光誘起変形量はまだ僅かであり、その機構も不明である。そこで本研究では、アモルファス窒化炭素薄膜の光誘起変形機構を化学結合状態の観点から解明することを目的としている。
一昨年、昨年とアモルファス窒化炭素薄膜における炭素ー炭素結合に特に注目し、可視光の相互作用について実験を行ってきた。本年度は、炭素ー窒素結合に着目し、高周波マグネトロンスパッタ法で作製したアモルファス窒化炭素薄膜の化学結合状態解析を行った。用いた手法は、ラマン散乱分光法、X線光電子分光法、赤外吸収分光法、軟X線発光分光法（SXES）など各種分光法である。また、放射光施設においてX線吸収端微細構造解析も行った。
SXES測定では、薄膜表面のSXESマッピング測定を行い、得られたスペクトルから炭素のsp2/sp3結合比および組成比N/Cの面内分布を明らかにした。その結果、アモルファス窒化炭素薄膜における局所的なsp2/sp3結合比の偏りは、高い温度で作製した試料において、小さくなる傾向が見られた。また、均一性が高くなるに従い、光誘起変形量は小さくなる傾向が見られた。
次に、二次元的なsp2ネットワークが光誘起変形量に与える影響を調べるため、グラファイト、アモルファス炭素、アモルファス窒化炭素薄膜の3つのSXESスペクトルの形状を比較し、グラファイトと薄膜のスペクトル形状の一致率（グラファイト立）を算出した。その結果、同じ温度で作製した場合、アモルファス窒化炭素薄膜に比べ、アモルファス炭素薄膜の方がグラファイトに近いスペクトル形状をしていることがわかった。
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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の不具合が度々発生し、試料作製は計画通り進まなかったが、すでに作製していた試料を用いて、化学結合状態の解析を計画通り進めることができたことから、研究計画自体はおおむね順調に進展していると言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
最終年度となる次年度では、次のような方針で研究を行い、成果をまとめ、学会や学術誌上で公表する。
1. 光誘起変形はアモルファス炭素ネットワークのみでも生じるが、窒素が添加されることで増大する。その理由としてグラファイトクラスタサイズの縮小やsp3結合の割合が増すことが挙げられる。しかしながら、アモルファス窒化炭素薄膜作製において、組成比とsp2/sp3結合比を独立に制御することは難しい。そこで既存の装置とは異なるスパッタ方式の装置を導入し、アモルファス窒化炭素薄膜の作製を試みる。
2. 作製した試料の化学結合状態を分光学的手法を用いて評価する。
3. 光てこ法を用いた光誘起変形量測定を行うための測定系を改良する。具体的には、これまで1次元位置検出器を用いて試料の変形量を計測していたものを、２次元位置検出器に替え、精度の向上を図る。
4. 光誘起変形量の測定を行い、光誘起変形量と化学結合状態との関係をより詳細に分析を行い、変形量増大の指針を得る。
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