非平衡気相レーザープロセスによる複合ナノ粒子の形成過程の解明と複合構造制御

非平衡气相激光工艺阐明复合纳米颗粒的形成过程及复合结构的控制

基本信息

批准号：
22K04882
负责人：
梅津郁朗
金额：
$ 2.33万
依托单位：
Konan University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

球状サブミクロン粒子は局在表面プラズモン共鳴による吸収や光散乱を利用した光学材料として注目を集めている。特にサイズの制御は共鳴波長の制御につながる。パルスレーザーアブレーション法は球状粒子の作成が可能な物理的ドライプロセスであり、複合化や真空プロセスとの組み合わせが容易である。パルスレーザーアブレーション過程で生成された粒子をガスの流れにのせて移動させれば、慣性効果によって粒子の質量、すなわち、サイズの制御を行うことが出来る。本研究ではパイプとガスの流れを利用して基板上に球状サブミクロン粒子を堆積させる手法を用いた。当該年度はSi, Ge, TiO2, Ag, Cuの5種類のターゲット材料に対して流速とパイプ位置を変化させて球状のナノ粒子の作成を試みた。すべてのターゲット材料に対して球状粒子が得られ、粒径分布は対数正規分布によく従っていた。また、平均粒径はターゲット材料物質の密度とガスの流速のみに依存し、慣性効果の指標とも言えるストークス数が1となるガス流速で決定されていた。これは平均粒径が粒径はガス流速の制御という単純な手法で制御可能であることを意味する重要な結果である。最小粒径のカットオフは堆積基板上での慣性効果、すなわちインパクター効果で説明可能であったが、最大粒径のカットオフについては説明することはできていなかった。そこでパイプ位置を変化させることと、生成された粒子の挙動を観察することによって、最大粒径のカットオフがパイプ収集口先端の慣性効果によって決定されることを明らかにした。すなわち、パイプ収集口付近の慣性効果によって最大粒径がカットオフされた後、基板上での慣性効果によって最小粒径がカットオフされることにより粒径分布が決定されることが明らかになった。

球形亚微米颗粒引起了人们的注意，因为光学材料利用了由于局部表面等离子体共振而引起的吸收和光散射。特别是，尺寸控制会导致控制共振波长。脉冲激光消融是一种物理干燥过程，可以创建球形颗粒，并且易于与复合和真空过程结合。如果将脉冲激光消融过程中产生的颗粒通过将其放在气体流中移动，则可以通过惯性效应来控制颗粒的大小。在这项研究中，我们使用了一种使用管道和气流将球形亚微米颗粒沉积在基板上的技术。在这个财政年度，我们试图通过改变五种类型的目标材料的流速和管道位置来创建球形纳米颗粒：SI，GE，TIO2，AG和CU。获得所有目标材料的球形颗粒，粒径分布良好，然后是对数正态分布。此外，平均粒径取决于气体流量，这仅取决于目标材料的密度和气体的流速，并且是惯性效应的量度，其中Stokes数为1。这是一个重要的结果。这是一个重要的结果，这意味着平均粒径可以由简单控制气体流量的简单方法控制。最小粒径的截止值可以通过惯性效应（即影响器效应）对沉积底物进行解释，但无法解释最大粒径的截止。因此，通过更改管道位置并观察生成的颗粒的行为，揭示了最大粒径的截止值取决于管道收集端口尖端的惯性效应。也就是说，已经发现，在管道收集端口附近的惯性效应切断最大粒径后，最小粒径会因对基板的惯性效应而切断，从而确定粒径分布。