2018 Fiscal Year Annual Research Report
Chemical vapor deposition of highly ordered nanostructures under an intense laser field
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17H03426
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
伊藤 暁彦 横浜国立大学, 大学院環境情報研究院, 准教授 (20451635)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉川 彰 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (50292264)
後藤 孝 長岡技術科学大学, 工学研究科, 特任教授 (60125549)
鎌田 圭 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 准教授 (60639649)
且井 宏和 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (70610202)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 化学気相析出 / 自己組織化 / セラミックス / コーティング / 配向制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
一般に、共晶成長は、液相からの溶融凝固過程において観察される。本研究課題では、この先入観を覆し、気相からの共晶成長を利用する。この目的を達成するために、申請者が独自に発展させてきた高強度レーザー反応場での高速化学気相析出法を用いる。これは、従来の溶融法を用いた共晶組織の形成手法とは異なる、新しい着想による気相からの高次ナノ構造体のコーティングプロセスである。
本年度は、Al2O3-Lu2O3系のナノ複合膜の合成実験を行った。出発原料には、Al、Mg、Lu源としてそれぞれのβ-ジケトン錯体、Si源としてオルトケイ酸テトラエチルを用いた。これらの化合物を各原料炉内に設置し、原料炉内温度を変化させることで、原料気化量を制御した。基板には、多結晶AlN板、単結晶Al2O3基板、単結晶YSZ基板を用いた。半導体レーザーまたは CO2レーザーを用いて、成膜を行った。合成した膜は、X線回折 (XRD) を用いて相同定を行い、走査型電子顕微鏡 (SEM) を用いて組織観察を行った。
Al2O3-Lu2O3系ナノ複合膜の合成においては、α-Al2O3とLu3Al5O12 (LuAG) とのナノ複合膜が得られ、各相が同時成長した共晶様組織をが観察された。また、Eu賦活:Lu2O3膜を合成して蛍光波長や蛍光寿命を測定し、バルク体と同等であることを確認した。
Al2O3-MgO系、MgO-SiO2系においても基礎的な実験を行い、特にMgO-SiO2系では単相膜の合成において、(020) 配向 MgSiO3-orthopyroxene 膜および (002) 配向 α-Mg2SiO4 膜の合成に成功し、顕著な自己配向成長が起こることを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
年度初めに半導体レーザーの予期せぬ故障があり、海外メーカーに返送しての修理対応となった。急遽、CO2レーザーを入手して対応にあたり、合成実験のダウンタイムが最小限に留まるよう努めたが、レーザー変更に伴い合成条件の最適化を改めて行ったり、レーザー修理対応においてメーカー側との見解相違により交渉が必要になるなど、少なからず研究の進捗に影響を与えた。一方、レーザー波長が生成物に与える影響について知見が得られた点、他材料系のスクリーニング実験を行えた点、波長選択の自由度や研究設備に厚みが増した点といった利点もあった。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの実験において、Al2O3-HfO2共晶系およびAl2O3-Lu2O3共晶系の化学気相析出法において、特異なナノ構造の形成を確認した。最終年度は、これらの高次ナノ構造膜の光学的特性の評価を行い、研究成果を取りまとめる計画である。
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