Modification of graphene by photoemission-assisted Townsend discharge plasma

タウンゼント放電プラズマによるグラフェン改質

福田 旺土*; 内藤 陽大*; 田中 修斗*; 山口 尚登*; 小川 修一*; 高桑 雄二*; 津田 泰孝   ; 吉越 章隆 ; 鷹林 将*

Fukuda, Akito*; Naito, Haruhiro*; Tanaka, Shuto*; Yamaguchi, Hisato*; Ogawa, Shuichi*; Takakuwa, Yuji*; Tsuda, Yasutaka; Yoshigoe, Akitaka; Takabayashi, Susumu*

二次元材料であるグラフェンは、ガスバリア性などの優れた特性が注目されている。これらの特性を向上あるいは新たな特性を見出すためには、グラフェンの修飾が不可欠であるが、既存の方法では、注入、吸着、化学修飾など、特性を破壊したり、低下させたりする可能性がある。我々は、光電子制御・タウンゼント放電(PATD)プラズマの低エネルギーイオン衝突を利用する。従来の高周波放電プラズマでは、電界がグラフェンに深刻なダメージを与える可能性がある。変位電流のため、電流と電圧の両方を独立かつ正確に測定することは困難である。電流と電圧の積である電力を変数として使用するが、電流は示量変数であり化学反応の因子である。電圧は示強変数であり熱力学要因である。PATDは直流プラズマであることから、グラフェンを精密に制御できると期待できる。

Graphene is a two-dimensional material. Its outstanding characteristics such as gas-barrier properties have been remarked. To improve these characteristics or find new one, its modification is indispensable; however, the existing methods may destroy or reduce properties: implantation, adsorption, and chemical modification. We have been using low-energy ion attack of photoemission-assisted Townsend discharge (PATD) plasma. In conventional radio-frequency discharge plasma, a sheath electric field may cause severe damage to graphene. Because of the displacement current, both current and voltage are difficult to measure independently and precisely. Power in watt, which is a product of current and voltage, is used as a variable. However, the current is an extensive variable and is a factor of kinetics of chemical reactions. The voltage is an intensive variable and is a factor of thermodynamics. PATD is a DC plasma. Thus, we can expect precisely-controlled graphene by PATD.