| 研究課題/領域番号 |
19K22160
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| 研究機関 | 千葉大学 |
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研究代表者 |
吉田 弘幸 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (00283664)
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| 研究期間 (年度) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| キーワード | 準大気圧電子分光 / 低エネルギー逆光電子分光 / オペランド測定 / 伝導帯 / 電子親和力 |
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| 研究実績の概要 |
これまで、表面科学の研究は超高真空下での観測が必須であった。しかし、近年では触媒や燃料電池の開発研究において実際の動作条件である大気圧に近い条件（準大気圧）での測定ニーズが急速に高まっている。電子物性や化学反応性に直接かかわるのは、価電子帯や伝導帯などのフェルミ準位付近の電子状態である。大気下での電子収量分光法（PYS）や準大気圧での紫外光電子分光（UPS）を実施した事例はあるが、伝導帯の評価事例は全く無い。本研究では、代表者が2012年に開発した低エネルギー逆光電子分光（LEIPS)に基づいて、試料環境を準大気圧から高真空まで制御した状態で伝導帯を精密測定する装置を開発する。これによって世界初の準大気圧での伝導帯測定を目指す。
LEIPS装置は、（1）試料に電子を照射する電子源と（2）試料から発生する微弱光の検出機構からなる。このうち、（2）の光検出は大気中でも行えるため、開発上の主な課題は、準大気圧で電子線を試料に照射する機構である。2019年度の予備実験の結果に基づき、2020年度は低真空でも動作するタングステン・カソードに電子エネルギー分析器を組み合わせた電子源を制作した。当初は1 nA程度の電流しか取り出せなかった。エネルギー分析器の部品が磁化していることに気づき、対策した結果、最終的に1 microAというLEIPS測定には十分な電流をとりだすことができた。今後は、電子線を試料まで導くための電子レンズの設計・製作を進めていく。
一方、（2）の光検出器は、集光システムとバンドパスフィルター、光電子増倍管から成る。集光には、これまで代表者はレンズと凹面鏡の二種類を用いてきた。今回の装置については、電子源の形状などを考慮して光束シミュレーションを行い、直径100 mm程度の凹面鏡を用いるのが適当との結論を得た。これに基づいて、光検出器の設計を進めている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
2019年度に検討した電子エネルギー分析器とタングステン・カソードを用いた電子源の開発に成功し、準大気圧LEIPSの測定に必要な仕様を満たす電子線が得られるようになった。当初は電子レンズや差動排気の設計まで完了する予定であったが、新型コロナウィルスにより研究活動が制限されたこと、電子源が動作しない原因究明に時間を費やしたことにより、予定よりも半年ほど開発が遅れている。
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| 今後の研究の推進方策 |
2020年度までに電子源と光検出器の個々の部品については検討が終了した。今後は、これらを組み合わせて、準大気圧LEIPS測定を実現する。まず、電子線を試料に照射するための電子レンズを設計・製作する。これには、Ibachらの文献（Rev. Sci. Instrum. 88, 2017,033903）を参考にする。次に差動排気した真空槽の設計・製作を行う。その後、電子源、光検出器を組み合わせて装置を完成させる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
コロナのため、2020年度前半は研究が実質的にほとんどできずっ計画よりも研究の進捗が遅れているため。
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