アーク放電法における高効率フラーレン生成条件とプラズマパラメータ

最も効率的にフラーレンを生成できるプロセスパラメータを種々の手法を駆使して追求した。これまで、重要なプロセスパラメータは圧力や電極間ギャップ長であると言われていたが、本研究では、雰囲気ガスをヘリウム、電流は直流とし、圧力、電流値、ギャップ長、電極直径、冷却半径、および陰極材料をパラメータとして、フラーレンを生成した。新しく作成したアークチャンバは、ギャップ長を容易に制御できる構造とした。一方、アーク電圧をモニターすることににより、電極間ギャップ長を正確に制御できる手法を開発した。平行して、プラズマパラメータ、すなわち、プラズマ構成粒子、温度の空間分布、粒子の空間分布を計測した。まず、フラーレンを生成しているプラズマ空間からの発光スペクトルをモノクロメータを用いて全波長に渡って計測した。次に、フレーレンに特有なスペクトルに着目し、その微細構造を高精度モノクロメータ(ジョバン-イボン社、520-13-11T)で計測した。さらに、特定のスペクトルの放射強度の時間変動を、アーク電圧・電流の変動とともに計測した。このような計測を実施することによって、フラーレンが生成される最適なプラズマパラメータが特定できた。また、連続放射光源を用いて、プラズマ空間におけるフラーレンによる吸収スペクトルを計測した。このことにより、フラーレンが生成されるプラズマ領域が特定でき、フラーレンが生成されるメカニズムを見いだすことが可能となった。

最も効率的にフラーレンを生成できるプロセスパラメータを種々の手法を駆使して追求した。これまで、重要なプロセスパラメータは圧力や電極間ギャップ長であると言われていたが、本研究では、雰囲気ガスをヘリウム、電流は直流とし、圧力、電流値、ギャップ長、電極直径、冷却半径、および陰極材料をパラメータとして、フラーレンを生成した。新しく作成したアークチャンバは、ギャップ長を容易に制御できる構造とした。一方、アーク電圧をモニターすることににより、電極間ギャップ長を正確に制御できる手法を開発した。平行して、プラズマパラメータ、すなわち、プラズマ構成粒子、温度の空間分布、粒子の空間分布を計測した。まず、フラーレンを生成しているプラズマ空間からの発光スペクトルをモノクロメータを用いて全波長に渡って計測した。次に、フレーレンに特有なスペクトルに着目し、その微細構造を高精度モノクロメータ(ジョバン-イボン社、520-13-11T)で計測した。さらに、特定のスペクトルの放射強度の時間変動を、アーク電圧・電流の変動とともに計測した。このような計測を実施することによって、フラーレンが生成される最適なプラズマパラメータが特定できた。また、連続放射光源を用いて、プラズマ空間におけるフラーレンによる吸収スペクトルを計測した。このことにより、フラーレンが生成されるプラズマ領域が特定でき、フラーレンが生成されるメカニズムを見いだすことが可能となった。