【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.17】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24NU0059
利用課題名 / Title
プラズマ照射と金属粒子の共堆積により形成される表面構造の分析
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）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
薄膜,ナノワイヤー・ナノファイバー/ Nanowire/nanofiber,電子顕微鏡/ Electronic microscope,原子層薄膜/ Atomic layer thin film,集束イオンビーム/ Focused ion beam
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)
田中 宏彦
所属名 / Affiliation
名古屋大学 未来材料・システム研究所
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
梶田 信,山本 雅紀,林 幸希
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
山本 悠太
利用形態 / Support Type
（主 / Main）共同研究/Joint Research（副 / Sub）,機器利用/Equipment Utilization
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)
核融合炉のプラズマ対向壁にはタングステン(W)が使用される予定であるが、多大な粒子負荷により損耗し、ガスを取り込んだ共堆積層を形成すると考えられている。このとき、その物性は元々のバルク材とは大きく異なることが想定されるため、直線型装置を用いた詳細な調査が必要である。 本研究ではヘリウム(He)-W共堆積層を形成し、その構造分析を行うとともに、スパッタリング特性の評価を分光学的に実施した。 このほか、Heプラズマに窒素、アルゴンなどの不純物ガスを添加してWに照射することで、Nano-tendril bundles (NTBs)と呼ばれるナノ構造が形成されることが分かっているが、近年新たに形成が確認された棒状突起構造について、EBSD計測を行った結果を論文として発表した(R. Zhang et al., Materialia 39 (2025) 102341)。
実験 / Experimental
実験は直線装置Co-NAGDISを用いて行った。W試料の前面に、深く負バイアスしたWメッシュを配置し、Heプラズマ照射を行うことで、スパッタされたW粒子とHeが共堆積する環境とした。形成された共堆積層をTEM観察するとともに、電子線回折パターンの取得を行った。
結果と考察 / Results and Discussion
TEM観察の結果、試料温度600 Kにおいて形成されたHe-W共堆積層は空隙を多くもつ構造であることがわかった。図1にHe-W共堆積層の電子線回折パターンを示す。円状のパターンから、結晶の存在が確認されたため、共堆積層は微結晶として存在していることが考えられる。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図1. He-W共堆積層の電子線回折パターン
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
共同研究者：山本 悠太
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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Shin Kajita, Nanoporous Helium–Silicon Co‐Deposition Thin Film via Plasma‐Assisted Process for Lithium‐Ion‐Battery Anodes, Advanced Energy and Sustainability Research, 6, (2025).
DOI: 10.1002/aesr.202400300
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Rongshi Zhang, Formation of micro-pillars on W by He plasma irradiation with N2/Ar impurities, Materialia, 39, 102341(2025).
DOI: 10.1016/j.mtla.2025.102341
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- 山本雅紀, 他: “ヘリウムータングステン共堆積層のスパッタリング特性”, 第41回 プラズマ・核融合学会 年会, 2024.11.17-20, タワーホール船堀, 東京, ポスター
- 林幸希, 他: “ヘリウムータングステン共堆積層における粒子吸蔵特性の分光的評価に関する検討”, 第41回 プラズマ・核融合学会 年会, 2024.11.17-20, タワーホール船堀, 東京, ポスター
- S. Kajita et al., “Nanoporous Amorphous Silicon Thin Films Fabricated with Helium Plasma for Lithium Ion Battery Application”, PRiME 2024 Joint International Meeting, 2024.10.6-11, Honolulu, USA, Poster
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