Revealing mysteries of the Universe with atomically-thin graphene X-ray filters

用原子级厚度的石墨烯 X 射线滤光片揭示宇宙之谜

• 批准号: 22K18274
• 负责人: 三石 郁之
• 金额: $ 15.48万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18274/
• 关键词: グラフェン; 自立膜; 宇宙; X線; 紫外線; 原子状酸素; X 線; 光学素子; 飛翔体; 分析科学

本研究の目的は、【紫外線】【X 線】【超薄膜グラフェン】【機械強度】というキーワードに着目した、汎用フィルターの設計・製作・評価という共通基盤技術の確立・実証までを世界に先駆け完遂し、宇宙・地上機器への搭載を通し、地球・宇宙物理学から医学・生物・化学・分析科学分野等を含めた様々な学術領域における研究課題への取り組みに貢献することである。本年度は、(1) 高感度素子の実現に向けた軽負荷製作工程の確立、(2) 実装に向け最も重要な原理実証の一つでもある紫外線・X 線帯域の透過率の詳細測定の実施、および (3) 宇宙環境耐性評価項目である高速原子状酸素照射実験を実施した。(1) については、特に転写時の負荷を軽減させる方法を見出し、まだポリマー残渣の程度の定量評価ができていないものの、単層で直径 300 um、2 層で直径 500 um を超えるグラフェン自立膜の製作に成功した。(2) については放射光施設内の二つのビームラインを駆使し、評価システムを構築することで、1・5 層グラフェンについて 30-500 eV 帯域の透過率を調べ、期待通りの高い透過率であることを確認した。また、4 ヶ月程度の保管期間を経て 100-500 eV 帯域の試験を実施し、系統誤差の範囲内で有意な劣化がないことも確認し、実装に向け有用な情報を得ることに成功した。(3) については、単層グラフェンに対し 1E15-1E19 atoms/cm2 の照射量を照射し、照射前後にてラマン特性を評価した。結果、1E17 atoms/cm2 までは大きな変化はない一方、1E18 atoms/cm2 以上の照射量についてはラマン特性に大きな変化が生じていた事が確認された。これにより、そのような宇宙環境にさらされる場合、軽金属薄膜の成膜等の耐性向上が必須になることが分かった。

The purpose of this study is to establish a common substrate technology for universal application, design, manufacture, evaluation, and implementation of universal application, universal application, and universal application. Earth, Cosmic Physics, Medicine, Biology, Chemistry, Analytical Sciences, etc. This year,(1) the establishment of the high-sensitivity element implementation direction and load production project,(2) the implementation of the most important principle of the implementation direction and detailed measurement of the transmittance in the ultraviolet and X-ray bands, and (3) the implementation of the cosmic environmental tolerance assessment project for high-speed atomic acid irradiation. (1)The method of reducing the load during writing was found, and the quantitative evaluation of the degree of residue was carried out. The diameter of single layer was 300 um, and the diameter of two layers was 500 um. The production of self-supporting film was successful. (2)In order to adjust the transmittance in the 30-500 eV band and confirm the expected high transmittance of the transmission, the two layers of the emission light installation were selected and evaluated. The test was carried out in the 100-500 eV band for a storage period of 4 months, and the intentional degradation within the range of system errors was confirmed and the useful information was successfully obtained. (3)For each layer, the radiation dose is 1E15-1E19 atoms/cm2, and the radiation characteristics are evaluated before and after irradiation. Results: 1E17 atoms/cm2 is not enough to change the radiation intensity, and 1E18 atoms/cm2 is not enough to change the radiation intensity. In the case of cosmic environment, the resistance of metal thin film formation must be improved.

项目成果

グラフェン超薄膜を用いた高機能汎用素子の開発

使用超薄石墨烯薄膜开发高性能通用器件

• 发表时间: 2023
• 作者: 三石郁之;柏倉一斗;丹羽由実;小川ともよ;廣田翠;田原譲;北浦良; 河原憲治;吾郷浩樹;野本憲太郎;清水貞行;田川雅人
• 通讯作者: 田川雅人