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論文

Formation mechanisms for carbon onions and nanocapsules in C$$^{+}$$-ion implanted copper

阿部 弘亨; 山本 春也; 宮下 敦巳; Sickafus, K. E.*

Journal of Applied Physics, 90(7), p.3353 - 3358, 2001/10

 被引用回数:12 パーセンタイル:49.93(Physics, Applied)

銅基板への炭素イオン注入による同心球状炭素集合体(カーボンオニオンやナノカプセル)の形成過程を、電子顕微鏡法によって明らかにした。オニオンは稠密な炭素クラスタであるのに対し、ナノカプセルは、ほとんどが中心に空隙を有するものであり、銅微粒子への高温電子照射実験から、微粒子(微細結晶粒)周辺でのグラファイト層形成と内包金属の放出により形成されることを明らかにした。また、カプセルとオニオンの形成過程を、注入温度や注入線量及び基板結晶性の関数として整理し、形成メカニズムのモデルを構築した。一つは結晶粒界におけるカプセル形成で、もう一つは粒内におけるフラーレンに相当する炭素集合体を核としたオニオン形成である。後者には4原子%程度の炭素の蓄積と、注入炭素あたり15回程度のはじき出しが必要であるということがわかった。

論文

Nucleation of carbon onions and manocapsules under ion implantation at high temperature

阿部 弘亨

Diamond and Related Materials, 10(3-7), p.1201 - 1204, 2001/07

 被引用回数:15 パーセンタイル:62.94(Materials Science, Multidisciplinary)

カーボンオニオンの核形成・成長機構を明らかにすることを目的とし、銅基板への炭素イオン注入実験及び電子顕微鏡内イオン注入実験を行った。銅多結晶に注入温度300~700$$^{circ}C$$にて100keV C$$^{+}$$イオンを2$$times$$10$$^{18}$$C/cm$$^{2}$$まで注入した後、カーボンオニオンやナノカプセル状オニオン等を電顕観察した。また500$$^{circ}C$$における電子顕微鏡内イオン注入実験を行い、核生成・成長過程をその場電顕観察した。微細組織の注入温度・注入量・基板結晶性に対する依存性から、(1)微細な炭素クラスタあるいは母相内の格子欠陥等を核としたオニオンと(2)銅微粒子周囲に発達したグラファイト構造を核とするナノカプセルという2種類の核形成機構が判明した。また、オニオン形成過程のその場観察実験から、注入量のしきい値が求められ、オニオンが位相コントラストと歪コントラストの双方を有し、すなわち基板内部に形成されること、基板の照射誘起蒸発によって最終的には表面を集積することなどが明らかになった。

論文

えっ!? 原子のたまねぎ?; 放射線によって得られる新しい炭素の同素体

阿部 弘亨

放射線と産業, (88), p.54 - 60, 2000/12

炭素イオン注入によって銅中にオニオンを多量に生成することに成功し、その構造や生成条件を明らかにし、また電子顕微鏡内イオン注入実験によってオニオンの形成過程をその場観察することで、オニオンの核形成・成長のメカニズムに関する知見を得た。300~700$$^{circ}C$$に保持した銅多結晶に100~160keV C$$^{+}$$イオンを2$$times$$10$$^{18}$$/cm$$^{2}$$まで注入した。照射後、電顕試料に加工し、組織観察した。また、500$$^{circ}C$$におけるイオン注入その場観察実験を行い、オニオンの生成をその場観察した。イオン注入により球状(楕円球状)の炭素クラスタが生成された。クラスタは中心部までグラファイト構造のオニオンと、中空のカプセルの2種類が観察された。サイズの照射温度や注入量に対する依存性から、2種類の核形成機構が提案された。一つはフラーレン等の微細な炭素クラスタあるいは母相内の格子欠陥等を核としたものと、もう一つは銅微粒子周囲に発達したグラファイト構造を核とするものである。予焼鈍した銅試料に500$$^{circ}C$$において炭素イオン注入し、オニオン形成過程のその場観察実験を行った。注入量1$$times$$10$$^{17}$$/cm$$^{2}$$で試料内部におけるオニオン形成が確認され、照射励起蒸発によって表面に集積する過程が明らかになった。

論文

イオン注入その場電顕観察法によるカーボンオニオンの核形成・成長過程

阿部 弘亨; 山本 春也; 宮下 敦巳

第11回粒子線の先端的応用技術に関するシンポジウム(BEAMS 2000)報文集, p.127 - 130, 2000/11

オニオン大量生産に着目した研究を行い、高温イオン注入法を開発した。TIARAのイオン注入装置とロス・アラモス国立研究所のイオン加速器を利用し、570$$sim$$1070Kにおいて100及び160keVの炭素イオンを銅に注入した。イオン注入組織の電顕観察を行い、オニオンと中空カプセルを観察した。形成量を温度などの照射因子で調べ、サイズや形成条件の最適化を行った。生成量は温度に依存せず、約0.1mgであった。温度や注入量依存性等からオニオンとカプセルが2種類の異なる過程を経て形成されるということがわかり、これらは電顕内イオン注入実験によるその場観察によって確かめられた。結晶性の良い大きなオニオンの生成には放射線照射法のみが有効であることが示された。

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