ダイヤモンド微粒子粉末作製場での磁性付与機能化

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26790019
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 冨永 亜希 九州大学, 総合理工学研究院, 助教 (50590551)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 物理成長気相法 / 同軸型アークプラズマ銃 / 超ナノ微結晶ダイヤモンド / 粉末 / 放射光測定 / 磁性材料 / 機能材料

研究実績の概要

同軸型アークプラズマ銃（CAPG）を用いてナノダイヤモンド微粉末に作製場で機能化目的のためのCrをドープさせる装置を組み上げることに成功し，磁性の可能性を秘めた材料であることが分かった．このナノダイヤモンド粉末の材料解析に成功した結果を以下に示す．
粉末中のダイヤモンドの存在の確認は，透過型電子顕微鏡(TEM)および粉末X線回折(XRD)を用いて行った．TEMの電子線回折およびシンクロトロン光を用いたXRD測定によりでdiamond-111に起因する回折リングを確認した．TEMの暗視野像やXRD回折ピークよりScherrerの式で算出したこの微粉末の粒径の結果はどちらも2-10 nm の結晶であった．また，SEM像やシンクロトロン光を用いた小角散乱より30-400 nm 程度の結晶（一次粒子）の集合体から成る凝集体の存在があることも確認した．TEM像の結果や小角散乱の結果よりCrのドープ量の増加とともに平均結晶子径が2-10 nm範囲で増加することを分かった．改めて，本方法で予めCrを混ぜ込んだ原料からも粉末ダイヤモンドの作製出来る事が証明され，各種測定法により多角的に見ても同様の結果も得られた．
本法で作製した粉末ナノダイヤモンドの密度（比重）測定の結果，ダイヤモンド成分の存在は35%と算出されていた．しかしながら，放射光を用いたXPS測定では，ダイヤモンドに起因するsp3成分の割合が64%と出ており，ダイヤモンド密度に関しては一致せず，より詳細な解析が今後の課題となった．
Cr-dopedナノダイヤモンド粉末の磁気特性をVSM，SQUIDを用いて調査したところ，室温においてCr-dopedナノダイヤモンド粉末のヒステリシスループが得られた．しかしながら，磁性の発現は再現性が悪く，同じ条件で作製しても磁性を示さない試料が存在した．

備考

前年度，掲載出来なかったが，論文発表をしている．
Hiroshi Naragino,Aki Tominaga,et.al,"A synthesis method of ultrananocrystalline diamond in powder employing a coaxial arc plasma gun",Appl.Phys.Express,Vol.8,No.7 (2015)075101.

研究成果

• [学会発表] 粉末ナノダイヤモンドの放射光小角X線散乱法での粒径評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 冨永亜希,楢木野 宏,神谷和孝,吉武 剛,岡島敏浩
  • 学会等名: 第53回化学関連支部合同九州大会
  • 発表場所: 北九州国際会議場
  • 年月日: 2017-07-02 – 2017-07-02
• [備考] 九州大学ー研究者情報[冨永亜希]
  • URL: http://hyoka.ofc.kyushu-u.ac.jp/search/details/K003962/
• [備考] 九州大学大学院総合理工学府量子プロセス理工学専攻 波多・吉武研究室 吉武グループHP
  • URL: http://yoshitake.private.coocan.jp/univ_lab/index-j.htm
• [備考] 九州大学大学院総合理工学府量子プロセス理工学専攻HP
  • URL: http://www.asem.kyushu-u.ac.jp/
• [備考] 九州シンクロトロン光研究センター利用報告書に関するHP
  • URL: http://www.saga-ls.jp/?page=888