【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.26】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24NU0205
利用課題名 / Title
ヘリウムプラズマ照射試料の表面観察
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
外部利用/External Use
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）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
X線回折/ X-ray diffraction,電子顕微鏡/ Electronic microscope,二次電池/ Secondary battery,電子分光/ Electron spectroscopy
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)
梶田 信
所属名 / Affiliation
東京大学大学院新領域創成科学研究科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
田中 宏彦,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
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
NU-228：走査型電子顕微鏡
NU-266：全自動X線回折装置
NU-207：X線光電子分光装置
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（主にタングステン(W)）はアルゴンなどの不純物イオンによりスパッタされ、壁前面にガスを取り込んだ共堆積層が形成される。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。加えて、ヘリウム(He)プラズマ照射時に形成される特異な微細構造は、Li電池負極材（シリコン(Si)）のポーラス構造形成に応用できると考えられる。 本研究ではHe-W共堆積層、He-Si共堆積層を形成し、その構造分析を行った。
実験 / Experimental
高粒子束プラズマを生成可能な小型直線装置Co-NAGDISを用いて実験を行った。Wやガラス基板の約5mm上流位置に、負に深くバイアスしたWメッシュやSiワイヤーを設置し、Heプラズマ照射を行うことで、スパッタされたW/Si粒子とHeが共堆積する環境を作った。形成された共堆積層のSEM観察ならびにXRD, XPS分析から、表面構造の特徴を調査した。
結果と考察 / Results and Discussion
He-W共堆積層の表面構造は、微細な凹凸を含む構造を有することが分かった。XRD分析から、バルクと比べてピーク位置および拡がりが異なることが示され、現在解釈を進めている。He-Si共堆積層では、高温条件で作成した試料では結晶Siのピーク、低温条件ではアモルファスSiのピークが確認された。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
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.
- 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
- 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
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