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金田 美優*; 榎本 貴允*; 古林 宏之*; 深田 幸正; 狩野 旬*; 青柳 佑海人*; 藤井 達生*; 池田 直*
Japanese Journal of Applied Physics, 65(2), p.028001_1 - 028001_4, 2026/01
反射率の低い材料は光学素子などにおいて重要な役割を果たす。この研究では、安価な原料と簡易的な合成装置を用いることで、極めて低い反射率を示すホウ素をドープしたカーボンナノウオールの合成に成功した。ナノ構造と表面状態の解析から、カーボンナノウオールにホウ素をドープすることで壁の密度が高くなり、グラファイト部分の割合が低くなることが分かった。我々はナノ構造に起因する迷光効果による光吸収の機構とキャリアドープの効果による電気伝導性の向上について議論する。ホウ素をドープしたカーボンナノウオールは極めて黒い材料への実装に有益である。
深田 幸正; 青柳 佑海人*; 横山 美沙紀*; 堀部 陽一*; 狩野 旬*; 金田 美優*; 藤井 達生*; 吉越 章隆; 小畠 雅明; 福田 竜生; et al.
Journal of Electronic Materials, 54, p.686 - 692, 2025/01
被引用回数：0 パーセンタイル：18.39(Engineering, Electrical & Electronic)カーボンナノウォール(CNW)は、基板に対して垂直に配向した高密度の多層グラフェンである。我々はメタンやエチレン等の炭化水素ガスを用いないCNWの簡易的な合成方法を開発した。この方法ではCNWの原料として固体炭素を用いる。アルゴンガスへのマイクロ波照射によって発生したアルゴンプラズマが固体炭素源に衝突すると炭素プラズマが生成する。この炭素プラズマが800から900
C程度の基板に数分間衝突し続けるとCNWが形成されることがわかった。CNWを構成する多層グラフェンの品質、サイズ、層間距離は、ラマン分光法、走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡を用いて評価した。さらに、我々はCNWの構造に着目し吸着材としての応用可能性を調べた。CNWを陰極として用いることでCs水溶液中のCsの吸着を試みた。陰極として用いたCNWをX線光電子分光(XPS)で調べた結果、CsはCNWを構成するグラフェン層の間に吸着することがわかった。また、電着時間が長ければ長いほどグラフェン層間へのCsの吸着が増加することが分かった。この吸着効果は放射性同位元素である
Csを含む汚染水の浄化等の用途に有用であると考えられる。
O
with electrochemical Li
intercalation村瀬 知志*; 吉川 裕未*; 藤原 孝将*; 深田 幸正*; 寺西 貴志*; 狩野 旬*; 藤井 達生*; 稲田 康宏*; 片山 真祥*; 吉井 賢資; et al.
Journal of Physics and Chemistry of Solids, 162, p.110468_1 - 110468_6, 2022/03
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Chemistry, Multidisciplinary)混合原子価系YbFeOにおける原子価制御の可能性を検討するため、電荷化学的手法によりLiイオンの挿入を試みた。対象物質をLiイオンバッテリー類似のセル状にして実験を行い、Liの挿入による格子定数および原子間距離の系統的変化を観測した。イオンの挿入は、電荷量に換算し300mAh/g以上であった。放射光吸収分光による局所構造観測を行ったところ、LiはYb層とFe層の間に挿入されることが分かった。本測定からは、金属鉄の微粒子が析出することも示唆された。このため、Liの挿入による鉄イオンの原子価の系統的な変化は明瞭に観測されなかった。メスバウア分光法などからは、Liは空間的に不均一に挿入されることが示唆されたものの、本研究の結果は、YbFeOの原子価や物性が電気化学的手法によって制御できる可能性を示すものである。
鎌田 裕; 藤田 隆明; 石田 真一; 菊池 満; 井手 俊介; 滝塚 知典; 白井 浩; 小出 芳彦; 福田 武司; 細金 延幸; et al.
Fusion Science and Technology (JT-60 Special Issue), 42(2-3), p.185 - 254, 2002/09
被引用回数：36 パーセンタイル：45.45(Nuclear Science & Technology)JT-60及びJT-60Uは、ITER及び定常トカマク炉実現へ向けた物理基盤を構築することを目的として、炉心級プラズマにおける高総合性能の実証とその維持を目指した運転概念の最適化を行って来た。等価核融合エネルギー増倍率(=1.25)や核融合積(=1.5E21 m-3skeV)の達成に加えて、高い総合性能(高閉じ込め&高ベータ&高自発電流割合&完全非誘導電流駆動)を実証した。これらは、内部及び周辺部に輸送障壁を持つ高ポロイダルベータHモード及び負磁気シアモードで得られた。最適化の鍵は分布及び形状制御である。多様な内部輸送障壁の発見に代表されるように、JT-60/JT-60U研究はプラズマ諸量の空間分布の自由度と制限を強調して来た。各閉じ込めモードの閉じ込め研究に加えて、輸送及び安定性等によって支配されるコア部及び周辺ペデスタル部のパラメータ相関を明らかにした。これらの研究により、高閉じ込めモードのITERへの適合性を実証するとともに残された研究課題を明らかにした。
三枝 幹雄; 森山 伸一; 木村 晴行; 濱松 清隆; 藤井 常幸; 細金 延幸; 杉江 達夫; 久保 博孝
Japanese Journal of Applied Physics, 36(1A), p.345 - 349, 1997/01
被引用回数：1 パーセンタイル：9.33(Physics, Applied)JT-60Uでの少数イオンの第2高調波イオンサイクロトロン共鳴加熱(ICRH)実験において、加熱に伴う放射損失の増加率が、ICRH入力の増加に伴って40%から10%以下にまで減少する現象が観測された。この現象は、ICRHによって加速された高速イオンの増加に伴って、速波の吸収が改善されたためであることが、実験データ解析及び数値計算によって解明された。
藤井 常幸; 三枝 幹雄; 木村 晴行; 森山 伸一; 久保 博孝; 杉江 達夫; 細金 延幸
Fusion Engineering and Design, 26, p.377 - 385, 1995/00
被引用回数：7 パーセンタイル：58.38(Nuclear Science & Technology)JT-60Uでは2基のループ素子型アンテナを用いて、高調波イオンサイクロトロン周波数帯(ICRF)加熱実験を行っている。加熱効率が高く、プラズマとの結合が容易な高結合抵抗とするために、アンテナのループ素子はトロイダル方向に0.44mと広く離して配置されている。即ち、プラズマに入射されるパワーのトロイダル方向の屈折率n
スペクトルのピーク値が周波数120MHzでn=
3で、半値幅が
n=2.5とシャープなスペクトルとなるように設計されている。一般に高周波パワーをプラズマに入射するには、パワーを徐々に上昇させて、アンテナの耐電圧を高めるアンテナのエージングが必要であるが、このJT-60U用アンテナは非常に少ないショット数(約70ショット)で約30kVまでエージングすることができた。これまでの実験で、最大6.4MW(アンテナ最大電圧34kV)の入射を達成している。一方、パワースペクトルを最適化しているため、結合抵抗はアンテナとプラズマ間の距離dが大きくても非常に高い。
三枝 幹雄; 木村 晴行; 藤井 常幸; 森山 伸一; 根本 正博*; 佐藤 正泰; 濱松 清隆; 細金 延幸; 伊世井 宣明; 鎌田 裕; et al.
Proc. of the 20th EPS Conf. on Controlled Fusion and Plasma Physics,Vol. 17C,Part III, p.III_989 - III_992, 1993/00
ICRF加熱によるのこぎり波型不安定性の安定化実験をJT-60Uで行った。プラズマへの高周波入力は、加熱効率の良い(
,0)モードにて、定格出力5MW、プラズマをアンテナから20cm以上離して加熱できる(0,0)モードにて、4.4MWまで入射できた。のこぎり波型不安定性は、4.8MWのICRF単独加熱により、1.5秒間まで安定化できた。また、3MA、4
の低qプラズマにて、高電子密度領域(ne≒5
10
m
)まで安定化できることも確認できた。高周波加熱に伴なうプラズマからの放射損失の増加も、高周波入力に対して10%以下に抑えることができた。
佐々木 明; 鳥居 建男; 高橋 栄一*; 加藤 進*; 藤井 隆*; 金澤 誠司*; 岸本 泰明*
no journal, ,
放電を浸透現象(パーコレーション)として取り扱い、遠回りや枝分かれのある放電路が、突然発生する様子を再現できることを示したが、今回、モデルを、より実際的な放電の特性の解析に応用する可能性について検討した。中性媒質中に生成するプラズマ化した領域の分布や、電流,電位の分布の時空間構造を解析するためのモデルについて検討し、空間の要素として、直列接続された静電容量と抵抗とを考えるモデルを構築し、放電の前駆現象や、ステップドリーダーの階段状で、加速度的な成長を模擬することができた。
佐々木 明; 鳥居 建男; 高橋 栄一*; 加藤 進*; 藤井 隆*; 金澤 誠司*
no journal, ,
高圧気体や絶縁ガス中の放電の時空間構造の生成過程をパーコレーションモデルで解析した結果を報告する。SF
ガス中の放電において、その電離、付着係数をもとに媒質中に生成するプラズマ化した領域の分布を決定する方法を用いたモデルを構築した。媒質中に確率的に生成したプラズマ化した領域が互いに接続することによって放電が起こるとするモデルにより、初期の部分放電から、ステップドリーダーの進展、ブレークダウンに至る、放電の特性を再現できることを示す。
Oの電気分極の磁場効果矢野 優太*; Yu, H.*; Park, G.*; 松田 里佳子*; 沖本 洋一*; 深田 幸正; 藤原 孝将*; 中尾 裕則*; 深谷 亮*; 藤井 達生*; et al.
no journal, ,
LuFeOは、ルテチウム、鉄、酸素イオンが三角格子を組み、c
軸方向に積層した構造をとる。特に鉄と酸素の三角格子二重層をW-layerと呼び、この層には同数のFe
とFe
が存在する。500K以下で、W-layer内の2種類の鉄電荷は極性な電荷秩序を形成する。また235Kの磁気秩序相では、鉄スピンはc軸方向を向く異方性がある。このように当物質では、鉄イオンの電荷とスピン双方が秩序を形成するため、磁性と極性な電荷秩序の相関効果が期待されている。また近年中性子回折では、磁気転移点より高温で、300K以下でも短距離磁気秩序を示す磁気散漫散乱が報告されている。つまり、磁気転移点以上でも磁性と誘電性が相関する電気磁気効果の発生の可能性がある。今回我々は、LuFeOの単結晶のc軸方向に約2800G磁場を印加し、ブラッグ点( 0 0 30 )の回折信号の磁場変化を観察した。このとき、回折角度が磁場印加とともに増加した。これは磁場によりc軸が縮んだことを示す。また磁場中の回折線の温度変化測定により、240Kから310K付近の格子変化と磁場の関係を調べた。
金田 美優*; 萱原 空輝*; 深田 幸正; 吉井 賢資; 福田 竜生; 吉越 章隆; 小畠 雅明; 池田 直*; 狩野 旬*; 藤井 達生*
no journal, ,
カーボンナノチューブ(CNT)やグラフェン(GP)などの新しい炭素素材は、高い強度、電気伝導性、伝熱特性などに優れるので安価に製造する技術開発が行われている。我々はここまで、2.45GHzの電磁波を用いるプラズマ発生装置でカーボンナノウォール(CNW)を高速に形成する技術を発見・解明してきた。今回はCNWへのホウ素(B)ドープを試み、その特性評価について報告する。SPring-8、BL23SUでのXPS測定でCNWにBがドープされていることを確認した。この試料とBドープをしていない試料の抵抗値の温度依存性を測定した。アレニウス・プロットから、BドープによってCNWの活性化エネルギーが小さくなることが分かった。また、n-Si基板上のBドープCNWについて電流電圧測定を行った。n-Si基板とCNW上のITOを電極として測定を行ったところ、順方向に0.2V程度の電圧降下を確認した。この結果は、BはCNWの中でアクセプタの役割を持ち、キャリア濃度の上昇をもたらしたためと考えられる。
金田 美優*; 萱原 空輝*; 池田 直*; 深田 幸正; 吉井 賢資; 狩野 旬*; 藤井 達生*
no journal, ,
Carbon nano-wall (CNW) consists of vertically oriented graphenes formed on the matrix surface. We previously found a simple and fast CNW growth process. The characteristics of this method is the use of carbon powder as a sputtering target material. We consider that the high density plasma of carbon generated in this method leads to the fast growth process. In this presentation, we report the progress of the microwave carbon plasma technique applied for doped CNW synthesis. A mixture of BC powder and activated carbon was used for target materials. We show a comparison of conductivity for pure CNW and boron-doped CNW grown on a glass substrate. The activation energy determined by an Arrhenius relation for B-doped CNW is lower than that of CNW. This result suggests that the conductivity of CNW is improved by the B-doping. We will report further investigation through the scanning electron microscope, Raman scattering, and X-ray diffraction.
佐々木 明; 鳥居 建男; 加藤 進*; 高橋 栄一*; 岸本 泰明*; 藤井 隆*; 金澤 誠司*; 小田垣 孝*
no journal, ,
放電現象が、媒質内部に生成したプラズマ化した領域のつながりによって起こると考える、パーコレーションモデルによるモデリングを行なっているので報告する。ストリーマの成長が、媒質の静電容量や、プラズマ領域の生成、消滅のダイナミクスをモデルに取り入れることで、再現されることを示す。実験結果との比較をもとに、ストリーマ先端の電離と、媒質内部のランダムな電離の効果が、放電の進展に与える効果や、それをモデルに反映させる方法について検討する。
ガス中の放電のパーコレーションモデルによるシミュレーションのモデル、パラメータ依存性についての考察佐々木 明; 鳥居 建男; 加藤 進*; 高橋 栄一*; 藤井 隆*; 金澤 誠司*
no journal, ,
媒質中にランダムに電離し、導体になった部分が生成し、それが互いに接続して放電が起こると考えるパーコレーションモデルを用いた放電のシミュレーションを行っている。媒質中で時間とともに電離が進行する単純なパーコレーションモデルでは、電離領域の割合が理論的な閾値を超えると放電が起こるという結果を得るが、媒質中には電離領域の生成過程とともに、再結合や付着による消滅過程があり、その確率は媒質の物性や印加電界などの条件に依存すると考えられる。電離領域の生成と消滅の確率を、絶縁ガスとして用いられるSFの電離および付着係数をもとに定め、前者が電界に比例して増加し、後者が反比例して減少すると考え、かつ放電電流が流れると媒質が加熱され、付着の確率が減少すると考えるモデルを用いると、電界を印加された媒質中において、初期に部分放電が生じ、統計的な遅れ時間を経て急速なステップ状のストリーマの成長が起こる特性が再現される。
O with electrochemical Li intercalation村瀬 知志*; 吉川 裕未*; 深田 幸正*; 池田 直*; 寺西 貴志*; 狩野 旬*; 藤井 達生*; 辻 卓也; 吉井 賢資
no journal, ,
We have investigated the electrochemical intercalation of Li ions in electronic ferroelectric YbFeO, in which the ferroelectriciry is owing to the charge ordering of equimolar Fe and Fe on a triangular lattice. The main aim of this study is to control the ratio of Fe/Fe ratio because the ratio should effect the interaction of iron ions and the appearance of a possible new electronic phase. X-ray absorption measurements at Fe K-edge showed that Fe is reduced completely to Fe by the Li intercalation of about 100 mAh/g. With the increase of Li amount, the X-ray diffraction showed the lattice expansion by the coulomb repulsion of Li. We also report the variation of fundamental properties such as magnetic, dielectric and electric conduction in accordance with the ratio control of Fe
+ and Fe.
金田 美優*; 森 みなみ*; 高橋 勝國*; 深田 幸正; 吉井 賢資; 池田 直*; 狩野 旬*; 藤井 達生*
no journal, ,
カーボンナノチューブやカーボンナノウォール(CNW)等のカーボンナノ構造体が発見されて以降、それらの特徴を生かした応用が模索されている。CNWはグラフェンシートが重なり基板に対して垂直に成長した壁構造を形成している。特徴として、高い比表面積、良好な導電性、化学的安定性を有し、大容量電池や超高速半導体などへの応用が期待される。その一方でこれまでのCNWの合成には、炭素源としてCH
などの環境負荷の高いガスが必要であり、合成装置も高額であった。本講演は安価なCNWの合成方法の開発とCNWに異種元素をドープした研究について報告する。本研究では異種元素として窒素(ドナー)やボロン(アクセプタ)のドープを試みた。窒素ドープCNWはN
雰囲気中で活性炭とSi基板をプラズマ中に、ボロンドープCNWはBC粉末と活性炭の混合物とSi基板をプラズマ中に置くことで合成できる。これらのサンプルはXPS測定によりNやBをドープできていることを確認した。Si基板上のBドープCNWの電流電圧測定を行ったところ、順方向に0.2V程度の電圧降下が観測され半導体的な特性を確認した。
金田 美優*; 森 みなみ*; 高橋 勝國*; 深田 幸正; 吉井 賢資; 池田 直*; 狩野 旬*; 藤井 達生*
no journal, ,
カーボンナノウォール(CNW)は基板に対して垂直方向に成長したグラフェンから構成される。グラフェンが積層することで数ナノメートルの厚みをもつ壁状の構造となる。我々は2017年にマイクロ波と固体炭素源を用いた簡便なCNWの合成方法を報告した。本講演ではCNWに窒素またはボロンドープを行うために改良した合成方法を報告する。窒素ドープは窒素ガス雰囲気下で、ボロンドープは炭化ホウ素を原料として用いることで合成した。ドープされたCNWはシリコン基板上に合成された。窒素やボロンは炭素のCNWを構成する炭素と置換され、それぞれ電子のドナーやホールとして振舞うことが期待される。ドープされたCNWはキルン式のプラズマ炉においてシリコン基板上に合成された。プラズマを発生させるために2.4GHzのマイクロ波が使用された。500Wのマイクロ波照射時に白色発光が観測された。エックス線光電子分光(XPS)法を用いてCNWの構成成分を系統的に調べた。加えて、電流電圧特性において、ボロンドープCNWは0.2Vの順方向電圧が観測され、半導体特性を示すことが分かった。
金田 美優*; 森 みなみ*; 高橋 勝國*; 深田 幸正; 吉井 賢資; 福田 竜生; 吉越 章隆; 小畠 雅明; 池田 直*; 狩野 旬*; et al.
no journal, ,
カーボンナノチューブ(CNT)やグラフェン(GP)などの新しい炭素素材は、高強度、高電気伝導、高伝熱特性などの優れた性質を有しており、現在、産業応用のためにこれらを大量安価に製造する技術開発が盛んに行われている。特に、普遍的で安価な原料や低エネルギーコスト装置を用い、単位時間における生産量が高い技術の開発が必須となっている。申請者らの先行研究においては、電子レンジの2.4GHz電磁波を用いるプラズマ発生装置を開発した。この装置において、低圧Arガスプラズマにより固体炭素から炭素プラズマを誘起し、その再配列によってカーボンナノウォール(CNW)を高速に形成する技術を発見・解明してきた。CNWは、数層から数十層の多層グラフェンが基板に垂直に成長する2次元炭素材料であり、広い比表面積などの特徴を有する。本発表では、電磁波源を改良したロータリーキルン炉方式を用いた場合の、CNW合成における電場印加の効果および、CNWに異種元素をドープした研究について報告する。合成された試料に対して、電子顕微鏡や放射光高電子分光などによる分析を行った。詳細は当日報告する。
ガス中の放電のダイナミクスのパーコレーションによるモデリング佐々木 明; 鳥居 建男; 加藤 進*; 高橋 栄一*; 金澤 誠司*; 藤井 隆*; 岸本 泰明*
no journal, ,
プラズマの構造形成が問題となる代表的な現象である放電現象を、内部に生成する電離領域が互いにつながることによって放電が起こると考えるパーコレーションモデルによって解析した。媒質として、代表的な絶縁ガスとして使われ、その中での放電現象が理論的、実験的に興味の対象となっている、SFを想定して解析を行った。電界に対して電離レートは比例し、付着レートは反比例する依存性を持ち、両者は印加電界360Tdで等しくなるという、特性を考慮してシミュレーションを行なうと、実験的に観測される前駆現象、ステップドリーダーの進展や、印加電界に対する放電開始の遅れ時間などの特性を再現できることが分かった。
ガス中の放電の特性の解析佐々木 明; 鳥居 建男; 加藤 進*; 高橋 栄一*; 岸本 泰明*; 藤井 隆*; 金澤 誠司*
no journal, ,
パーコレーションモデルによる、SFガス中の放電の解析について報告する。SFガスの電離係数、付着係数を用いて求めた、媒質中の電離領域の生成、消滅の確率を用いてシミュレーションを行なうと、電極付近の短いストリーマが生成、消滅を繰り返す放電の前駆現象から、ステップドリーダーが成長して短絡するまでの過程を再現することができ、放電開始の遅れ時間の実験的な傾向を再現することができる。放電媒質の電離メカニズムに照らし、パーコレーションモデルの適用範囲についても考察する。
