【公開日：2025.04.24】【最終更新日：2025.04.14】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22NU0404
利用課題名 / Title
飛翔体搭載用薄膜素子の開発
利用した実施機関 / Support Institute
名古屋大学 / Nagoya Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）マテリアルの高度循環のための技術/Advanced materials recycling technologies
キーワード / Keywords
形状・形態観察, 分析, 宇宙, 飛翔体, X 線,ラマン分光,電子顕微鏡/Electron microscopy
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
三石 郁之
所属名 / Affiliation
名古屋大学大学院理学研究科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
柏倉一斗, 丹羽由実, 廣田翠
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
林育生
利用形態 / Support Type
（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）,技術相談/Technical Consultation
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
薄膜光学素子の応用は幅広く、宇宙分野においてもニーズは高い。例えば X 線天文分野においては、宇宙から飛来する X 線は地球大気により吸収されるため、その観測にはロケットや人工衛星のような飛翔体が必須となり、この飛翔体に搭載される観測装置として、受動型熱制御素子、可視光・汚染物質防護や気密入射窓等の目的で良く用いられている。この飛翔体搭載用薄膜光学素子については、上記のような機能の他に、高い X 線透過特性が求められる。この透過率は観測感度に直結するため、光学的な厚みが薄い素子が強く望まれる。従来は耐熱性と機械強度に優れたプラスチックフィルムとしてポリイミドが用いられることが多いが、その透過率には特に軟 X 線帯域 (<1keV) にて改善の余地が残る。そこで我々は、最も薄く、かつポリイミドより優れた耐熱性・機械強度を有するグラフェンに着目し、基礎開発に着手した。
実験 / Experimental
今年度は特に、宇宙環境耐性試験の一つである高速原子状酸素照射試験を実施し、照射前後のグラフェン素子の変化を確認した。高速原子状酸素はレーザーデトネーション法により生成した。照射量はおおよそ 2E+15, 2E+16, 2E+17, 2E+18, 2E+19 atoms/cm2 程度とし、単層グラフェンサンプルに対し、金属コーティングを施さず、直接照射し、その耐性をラマン分光や SEM を用いて評価した。単層グラフェンサンプルはシリコン基板上に載せ、さらに照射領域を絞り、端部からの浸食を防ぐため、シリコン基板はピンホール付きのアルミジグに取り付けた。
結果と考察 / Results and Discussion
結果をFig. 1 に載せる。結果としては照射量 1E+15, 1E+16, 1E+17 atoms/cm2 までは両バンド強度に大きな差異は生じなかった一方、1E+18 atoms/cm2 では欠陥由来の D バンド強度の増加とグラフェン由来の G バンド強度の減少が見られた。さらに 1E+19 atoms/cm2 照射後はほぼ全ての照射領域にて両バンド強度が確認されず、消失していたことが確認された。これらの様子は SEM 画像におけるコントラストの違いからも理解できる。今後はフリースタンディング状態での照射、およびアルミ成膜後のサンプルに対する照射試験も実施予定である。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig. 1 Raman spectra for
the single-layer graphene samples with atomic oxygen fluences of 1E15, 16, 17,
18 and 19 atoms/cm2 (left) and SEM images for the two samples after 1E17 and
1E19 atoms/cm2 irradiation (right).
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
・細かな観察作業や結果に対する有意義な議論等、担当していただいた林育生氏に感謝します。
・日本学術振興会科学研究費助成事業(22K18274)やウシオ電機株式会社寄付金による支援の下で行われました。
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
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Kazuto Kashiwakura, High-speed atomic oxygen irradiation of atomically thin graphene for astronomical applications, Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems, 10, (2024).
DOI: 10.1117/1.JATIS.10.2.026006
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- 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, "グラフェン超薄膜を用いた高機能汎用型素子の開発", 第23回 宇宙科学シンポジウム (オンライン), 令和5年1月5-6日
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件