準大気圧アーク放電による材料プロセスの新展開：He誘起繊維状ナノ構造の高速形成

亚大气压电弧放电材料加工的新进展：He诱导纤维纳米结构的快速形成

• 批准号: 21K04028
• 负责人: 菊池 祐介
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: University of Hyogo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04028/
• 关键词: 準大気圧ヘリウムアーク放電; 繊維状ナノ構造; タングステン; プラズマ表面処理; 準大気圧アーク放電

ガス圧力5 kPa下にて生成したヘリウム（He）アーク放電をタングステン（W）試料に照射し，W表面に繊維状ナノ構造を形成する実験を引き続き実施した。W試料と真空容器間にバイアス電圧（Vb）を印加することで，W試料への入射Heイオンエネルギー（Ei）を制御した。実験ではVbを-22 Vから-242Vに変化させることで，Heイオン照射によるWのスパッタリング閾値（～150 eV）以上のEiを有するHeを試料温度約1000℃にて照射した。繊維状ナノ構造層の厚さの評価では、従来は試料断面をSEMで観察していたが，1つの試料で1か所しか測定ができなかった。そこで，ナノインデンターの圧子を押し込むことで圧痕を設け、その箇所をSEMで表面観察することでナノ構造層の厚さを測定する手法を開発した。これらの結果，Vbに対して繊維状ナノ構造層の厚さはロールオーバーする結果が得られた。また、バイアス電圧が大きくなるに従い、ナノ構造の太さが細くなる結果も得られた。これらの成果は第25回ISPC国際会議（2023年5月、京都）で発表予定である。一方，試料温度約2000℃の高温下でHeアーク照射実験をすることで，W試料表面に直径約1～2 μmのHeバブル・ホールを形成し，より高温下で高い熱放射特性を有する構造を目指した研究も行った。その結果は電気学会A部門大会で発表し，若手ポスター優秀賞を受賞した。照射実験装置の改良として，照射試料導入駆動装置を製作した。モータ駆動による試料位置の調節が可能であり，試料位置の設定精度向上やプラズマ照射中の位置駆動を可能とした。

ガ ス under pressure 5 kPa に て generated し た ヘ リ ウ ム (He) ア ー ク discharge を タ ン グ ス テ ン (W) sample し に exposure, W surface に 繊 d shape ナ を ノ structure form す る be 験 を lead き 続 き be applied し た. W sample と between vacuum container に バ イ ア ス electric 圧 (Vb) を Inca す る こ と で, W sample へ の incident He イ オ ン エ ネ ル ギ ー (Ei) を suppression し た. Be 験 で は Vb を - 22 V か ら - 242 - V に variations change さ せ る こ と で, He イ オ ン irradiation に よ る W の ス パ ッ タ リ ン グ threshold numerical (~ 150 eV) above の Ei を have す る He を sample temperature about 1000 ℃ に て irradiation し た. 繊 d shape ナ ノ synthem の thick さ の review 価 で は, 従 は sample section を SEM で 観 examine し て い た が, 1 つ の sample で 1 か し か determination が で き な か っ た. そ こ で, ナ ノ イ ン デ ン タ ー の 圧 を joab son し 込 む こ と で 圧 mark を け, そ の a を by SEM surface で す was 観 る こ と で ナ ノ synthem の thick さ を determination す る gimmick を open 発 し た. こ れ ら の results, Vb に し seaborne て 繊 d shape ナ ノ synthem の thick さ は ロ ー ル オ ー バ ー す る results ら が れ た. ま た, バ イ ア ス electric 圧 が big き く な る に 従 い, ナ ノ tectonic の too さ が fine く な る results ら も れ た. The results of the で will be announced at the 25th ISPC international Conference (May 2023, Kyoto) で and confirmed である. Side, the sample temperature about 2000 ℃ で の high temperature He ア ー ク irradiation be 験 を す る こ と で, W material surface に diameter is about 1 ~ 2 microns の He バ ブ ル · ホ ー ル を し formation, よ で り high temperature high い thermal radiation characteristics を す る tectonic を refers し た も line っ た. Youdaoplaceholder0 the results of the conference of the A department of the Electrical society are で, the results are で, if the winner is ポスタ, the excellence award is を, and the award is た. The irradiation experimental device is improved to と て て, and the irradiation test material is introduced into the 駆 moving device を to fabricate <s:1> た. モ ー タ 駆 dynamic に よ る sample position の regulation may が で あ り, try the position の setting precision upward や プ ラ ズ の position 駆 マ exposure may move を と し た.

项目成果

Effect of Biasing Voltage on Fiber-Form Nanostructured Tungsten Formation by Collisional Helium Arc Plasma Irradiation

偏置电压对碰撞氦弧等离子体辐射形成纤维状纳米结构钨的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: M. Tajima;Y. Kikuchi;T. Aota;S. Maenaka;K. Fujita;S. Takamura
• 通讯作者: S. Takamura

準大気圧Heアーク放電照射を用いた繊維状ナノ構造形成実験の進展

亚大气压氦弧放电辐照纤维纳米结构形成实验研究进展

• 发表时间: 2021
• 作者: E.Sakasegawa;R.Chishiki;R.Sedutsu;T.Soeda;H.Haga;R.M.Kennel;見市知昭;多司馬 光夫，菊池 祐介，青田 達也，前中 志郎，藤田 和宣，高村 秀一
• 通讯作者: 多司馬 光夫，菊池 祐介，青田 達也，前中 志郎，藤田 和宣，高村 秀一

準大気圧ヘリウムアーク放電照射による繊維状ナノ構造タングステン形成における試料バイアス電圧効果

样品偏压对负压氦弧放电辐照形成纤维状纳米结构钨的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: Takuya Iwami;Hiroki Kagawa;and Xiuqin Wei;多司馬 光夫，菊池 祐介，青田 達也，前中 志郎，藤田 和宣，高村 秀一
• 通讯作者: 多司馬 光夫，菊池 祐介，青田 達也，前中 志郎，藤田 和宣，高村 秀一

Effect of Biasing Voltage on Growth of Fiber-Form Nanostructures on Tungsten Surfaces by Collisional Helium Arc Plasma Irradiation

偏置电压对碰撞氦弧等离子体辐照钨表面纤维状纳米结构生长的影响

• 发表时间: 2023
• 作者: M. Tajima;Y. Kikuchi;T. Aota;S. Maenaka;K. Fujita;S. Takamura
• 通讯作者: S. Takamura

Fiber-form nanostructured tungsten formation by helium arc discharge plasma irradiation under a gas pressure of 5 kPa

5 kPa气压下氦弧放电等离子体辐照形成纤维状纳米结构钨

• DOI: 10.1063/5.0085563
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Applied Physics
• 影响因子: 3.2
• 作者: Y. Kikuchi;T. Aota;K. Kadowaki;M. Tajima;S. Maenaka;K. Fujita;S.Takamura
• 通讯作者: S.Takamura