Investigation of thermal decomposition reaction on DLC films and improvement of heat-resisting property

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17H03142
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 赤坂 大樹 東京工業大学, 工学院, 准教授 (80500983)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: DLC膜 / 耐熱性 / レーザー / 脱離反応 / 熱分解

Outline of Annual Research Achievements

2019年度はダイヤモンド状炭素(DLC)膜のガス導入下での反応評価，および昨年度までは温度を評価パラメータとしてきたが，これを熱量にすることでより一般化するため，大気下で赤外領域のレーザーを用いて局所加熱した際の変化についても検討した．DLC膜は2018年度と同じ，フィルタードカソーディックアーク(FCVA)およびスパッタリング法によりsp2/sp3炭素結合比の異なる3種の非水素化DLC膜を，パルスプラズマを用いて4つの炭化水素ガスを原料に用いて化学起草析出法により構造の異なる6種の水素化DLC膜をSi基板上に準備した．これらのDLC膜を窒素もしくはアルゴンパージ下および大気下で加熱後，その構造変化を評価した．更にネオジウムYAGレーザーによって40 mW～5 Wで約φ1 mmの膜の表面を局所加熱し，この加熱領域の各部のX線吸収微細構造スペクトルを得，炭素のsp2/sp3結合比率の照射領域各部の変化を捉えた．その結果，水素化DLC膜において水素の脱離傾向が示唆されると共に，レーザー照射域内では炭素の結合がsp2に変化する傾向が示され，5 Wのレーザー照射においては基板であるSiが露出している部分が中央にあり，この部分で酸素の分布も観察されたことから，本エネルギー領域ではDLC膜が熱により大気成分，特に酸素との反応していることも示唆された．2020年1月頃より，同位体効果による耐熱性強化の検討の為，重水素のDLC膜への導入による昇温脱離試験の評価を最後に実施予定であったが，これらの重水素化膜を作製した段階で昨今のコロナ渦の関係で停止せざる得ない状況となった．本試験及び最終の検討については実施ができていないが準備はほぼ完了しているため今後，検討予定である．

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Synchrotron Light Research Institute/Mahasarakham University/VISTEC(タイ)
  • Country Name: THAILAND
  • Counterpart Institution: Synchrotron Light Research Institute/Mahasarakham University/VISTEC
  • # of Other Institutions: 1
• [Journal Article] Synchrotron-based spectroscopic analysis of diamond-like carbon films from different source gases (2020)
  • Author(s): Ukit Rittihong, Hiroki Akasaka,Chanan Euaruksakul,Masashi Tomidokoro, Nuntaporn Kamonsuttipaijit, Hideki Nakajima, Ratchadaporn Supruangnet, Catleya Rojviriya, Artit Chingsungnoen, Phitsanu Poolcharuansin, NaotoOhtake, SarayutTunmee
  • Journal Title: Radiation Physics and Chemistry Volume: 173 Pages: 108944-108956
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2020.108944
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Thermal decomposition and structural variation by heating on hydrogenated amorphous carbon films (2020)
  • Author(s): Hiroki Akasaka, Sarayut Tunmee, Ukit Rittihong, Masashi Tomidokoro, Chanan Euaruksakul, Souta Norizuki, Ratchadaporn Supruangnet, Hideki Nakajima, Yuki Hirata, Naoto Ohtake
  • Journal Title: Diamond & Related Materials Volume: 101 Pages: 107609
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.diamond.2019.107609
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] X-PEEM observation of sliding mark on the amorphous carbon film surface after ball on disk test (2019)
  • Author(s): H. Akasaka, K. Suzuki, S. Tunmee, C. Euaruksakul, U. Rittihong, R. Supruangnet, Y. Hirata, N. Ohtake
  • Organizer: 30th International Conference on Diamond & Carbon Materials 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] NEXAFS and X-PEEM observation of the damaged area on the amorphous carbon film surface (2019)
  • Author(s): Hiroki Akasaka, Keisuke Suzuki, Norizuki Sota, Sarayut Tunmee, Chanan Euaruksakul, Ukit Rittihong, Ratchadaporn Supruangnet, Yuki Hirata, Naoto Ohtake
  • Organizer: ASIAN Conference on X-ray Absorption Spectroscopy (ACXAS 2019)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] X線光電子顕微鏡を用いたDLC膜の損傷解析 (2019)
  • Author(s): 赤坂 大樹, Tunmee Sarayut, Rittihong Ukit, 富所 優志, Euaruksakul Chanan, Supruangnet Ratchadaporn, Nakajima Hideki , 法月 奏太, 平田 祐樹, 大竹 尚登
  • Organizer: 日本機械学会第27回機械材料・材料加工技術講演会（M&P2019）
• [Presentation] Decomposition and their structural change by heating on amorphous carbon films (2019)
  • Author(s): Hiroki Akasaka, Sarayut Tunmee, Chanan Euaruksakun, Ukit Rittihong, Ratchadaporn Supruangnet, Yuki Hirata, Naoto Ohtake
  • Organizer: 13th New Diamond and Nano Carbon Conference(NDNC 2019)
• [Presentation] 炭素材料の更なる展開を目指して～機能性炭素材料コンポジット厚膜の合成とDLC膜への面分析の導入～ (2019)
  • Author(s): 赤坂大樹
  • Organizer: 表面技術協会高機能トライボ表面プロセス部会
  • Invited