2019 年度実施状況報告書

蛍光体プローブによるエアロゾルデポジション法における温度圧力測定

研究課題

研究課題/領域番号	19K15327
研究機関	国立研究開発法人産業技術総合研究所
研究代表者	松林康仁国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究員 (20835938)
研究期間 (年度)	2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード	エアロゾルデポジション / 発光分光
研究実績の概要	耐摩耗、電池材料など幅広い応用研究がなされているセラミックコーティング手法、エアロゾルデポジション法（AD法）における微粒子衝突時のその場温度圧力測定に取り組んでいる。微粒子衝突時の温度は有限要素法のシミュレーションで、500 ℃、10 GPa以下程度の温度圧力となることが示されているが、その温度圧力環境はいまだ実験的には明らかにされていない。AD法の製膜機構の解明のためにも、微粒子の基板衝突時、運動エネルギーがどのように熱と歪エネルギーに変換されるか調べることは不可欠である。本研究では分光測定によって温度圧力測定を試みており、初年度はAD法製膜装置に分光装置を導入するための装置セットアップを行った。AD法においては微粒子衝突時にしばしば発光が観測されていたが、その発光についてガス種および流量への依存性を調べた。発光分光の回転準位および振動準位に関する詳細な解析により、微粒子衝突領域のガス温度が室温程度であることを明らかにした。この発光が微粒子衝突時の熱によりもたらされており、製膜はその熱によって生じるという主張もあったが、それを否定する結果である。流量増加とともに発光強度は増加しており、その解析や発光と膜質との関連についても今後調べる。この発光はおそらく摩擦による発光であるトライボエミッションや火星表面などで見られる摩擦帯電に由来した放電プラズマが関連していると考えられる。放電プラズマを援用したAD法では製膜レートが大きく上昇すると報告されており、この自発的に生ずるプラズマ、あるいは発光も製膜に寄与していると考えられる。また、蛍光体を用いた分光測定に関しては、固相合成による材料合成およびレーザーのセットアップと簡単な分光テストは完了しており、分光装置への取り付けを今後進める。
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本研究では最終的に蛍光体によるAD法のその場温度圧力測定に取り組む予定である。本研究で用いたAD法装置は分光用に開発されたものではないものの、光学機器・分光台などを組み込み、分光システムを構築した。分光測定からガス温度の推定にも成功しており、本研究はおおむね順調に遂行できていると考える。
今後の研究の推進方策	引き続き、AD法製膜時の発光についてその発光の起源や発光が膜質に及ぼす影響を明らかにする。この発光はおそらく摩擦による発光であるトライボエミッションや火星表面などで見られる摩擦帯電に由来した放電プラズマが関連していると考えられる。放電プラズマを援用したAD法では製膜レートが大きく上昇すると報告されており、この自発的に生ずるプラズマ、あるいは発光も製膜に寄与していると考えられる。また、蛍光体による分光測定も随時行っていく。分光装置自体はおおむね完成しており、蛍光体分光を行えるよう修正することで比較的早く実施できると考えている。
次年度使用額が生じた理由	初年度に分光器を購入予定であったが、時間分解測定を行わない場合には当研究室の所有する分光器により代用可能であったため、購入を控えた。今後時間分解測定を行う予定であるため、そのために必要な光学機器の購入に次年度使用額を充てたい。