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

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。