Grant-in-Aid for Scientific Research -
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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
2021.4 - 2024.3
JSPS Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research(C)
梅津郁朗
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超音速で進展する2つのプラズマの衝突過程を用いた複合ナノ粒子の創成
2019.4 - 2023.3
JSPS Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research(C)
梅津 郁朗, 吉田 岳人, 福岡 寛, 青木 珠緒
本研究は2つのターゲット（SiとGe）をレーザーアブレーションし、対向して進展する2つのプルームを正面衝突させることによって複合ナノ粒子を形成しようというものである。1年目は実験結果と計算機シミュレーションを比較することによって、プルーム進展過程への対向衝撃波の影響とレーザー遅延時間の効果を明らかにしてきた。2年目は継続してプルーム衝突過程をより詳細に議論し、堆積したナノ粒子に対しSTEM/EDSを用いて構造解析を行った。3年目はプルーム観察、流体シミュレーション、構造解析の結果を総合的に検討した。
バックグラウンドガス圧力が高い2000Pa以上では流体近似によるシミュレーションでプルームの衝突現象をよく近似できる。プルームが対向衝撃波と衝突するとプルームが逆方向に進展し、その影響で二つのプルームは混合しない。堆積物はナノ粒子凝集体とGeナノ粒子凝集体が結合したものであった。これはSiプルーム中でSiナノ結晶凝集体が、Geプルーム中でGeナノ結晶凝集体が形成され、その後Siナノ結晶凝集体とGeナノ結晶凝集体が結合することを示す。1000Pa以下では平均自由行程が長くなり流体近似でプルーム進展の振る舞いが十分再現できない。プルームは中央部で混合するため、プルームを分光してSiとGeの進展を観察しプルームの混合度合いを議論した。その結果、2つのプルームは衝突後混合し、その後対向衝撃波によって形成された流れによって広がることがわかった。500Paの時には堆積物は混晶ナノ粒子であり、混合プルーム中でナノ粒子が形成され、基板に到達したことが示された。これらの結果を基にバックグラウンドガス圧力の効果を衝撃波と平均自由行程で説明するモデルを提示した。 -
超音速で進展する2つのプラズマの衝突過程を用いた複合ナノ粒子の創成
2019.4 - 2021.3
JSPS Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research(C)
ガス中でのパルスレーザーアブレーション(PLA)法はプルームと呼ばれるパルスレーザー誘起プラズマを用いたナノ粒子創成法として知られている。申請者は2種類の対向するプラズマ（プルーム）を衝突させるダブルパルスレーザーアブレーション(DPLA)法を用いた複合ナノ粒子の創成を提案している。最近、我々は対向プルームの膨張によって発生する衝撃波がプルームの進展に大きく影響することを見いだし、プラズマ衝突過程の制御によって複合ナノ構造の制御が可能であることを指摘している。本研究ではプラズマ衝突過程の測定によりプラズマ衝突過程を明らかにするとともに、プルームの速度・温度・圧力および複合ナノ粒子形成に与える影響を明らかにする。得られた結果から、プラズマ衝突過程のモデルを提案し、プラズマ衝突過程の制御による複合ナノ粒子生成を目指す。本研究は衝突プラズマ現象を手軽に実験することが可能である系という意味合いも持つ。
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Synthesis of composite plasmonic photocatalysis in visible light operation by vapor-phase pulsed laser ablation
2016.4 - 2020.3
JSPS Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research(C)
Yoshida Takehito
Plasmonic excitation phenomena of nanostructured metals have realized high performance of photocatalysts in the visible light operation. Pulsed laser ablation (PLA) is a candidate process to this purpose. We have formed TiO2 nanocrystalline films supporting Au or Ag nanoparticles by the PLA processes. We confirmed that the balled Au and Ag nanoparticles had the localized surface plasmonic resonance absorption band in the range of 510-610 nm and 400-490 nm, respectively.
We clarified that the Au-supporting on TiO2 nanocrystalline films demonstrated visible-light-driven photocatalytic activities. In the case of Ag, there is a critical issue where Ag nanoparticles dissolute during chemical reactions. For this problem, encapsulating Ag nanoparticles in TiO2 films was suggested as one promising structure. We also clarified a novel structures which have (amorphous TiO2)/(Ag nanoparticles)/(anantase TiO2) multilayer structures, showed excellent visible light operations. -
2パルス励起プロセスを用いた非平衡的ナノ結晶成長制御
2015.4 - 2018.3
JSPS Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research(C)
2パルス励起プロセスを用いた非平衡的ナノ結晶成長制御
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シリコンへの過飽和ドープによる巨大な赤外光吸収帯の出現と中間バンドの形成
2012.4 - 2015.3
JSPS Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research(C)
パルス励起プロセスを用いると、シリコン単結晶中に不純物を過飽和ドープすることが可能であり、硫黄を過飽 和ドープした新物質からは新奇な赤外光吸収帯が見いだされている。しかし、過飽和状態での不純物の配置およ び準安定構造と赤外光吸収の相関は不明である。この光吸収帯は、硫黄の深い不純物準位がバンドとなり、中間 バンドを形成したことが原因である可能性が高く、ショックレー・クワイサー限界を超える高効率太陽電池材料 の可能性を示唆する。そこで本研究では、1)硫黄等のシリコン中で深い準位を形成する不純物物に対してパル ス励起プロセスを用いて過飽和ドープを行い、2)過飽和ドーププロセス、および過飽和状態がもたらす特徴的 な構造の変化と光吸収帯の相関を明らかにする。また、これらの結果から3)中間バンドの形成に関して議論を 行う。最終的にはこの新物質の中間バンド型太陽電池材料としての可能性を検討する。
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パルス励起プロセスを用いたナノ結晶構造体の能動的制御
2009.4 - 2011.3
JSPS Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research(C)
パルス励起プロセスを用いたナノ結晶構造体の能動的制御
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ナノ結晶シリコン集合体のフラクタル凝集次元制御と次元性の光学的特性に与える影響
2007.4 - 2008.3
JSPS Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research(C)
ナノ結晶シリコン集合体のフラクタル凝集次元制御と次元性の光学的特性に与える影響
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水素によって表面終端されたナノ構晶シリコンの生成機構と光物性
2004.4 - 2006.3
JSPS Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research(C)
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レーザーアブレーション法による表面制御されたナノ結晶シリコンの創成と発光過程
2001.4 - 2003.3
JSPS Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research(C)
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分子シンクロを用いた半導体ナノ結晶ネットワーク形成による物性制御
2001.4 - 2002.3
JSPS Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
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ナノ結晶シリコン中の非輻射再結合過程
1999.4 - 2000.3
JSPS Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research(C)
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