新規物理気相法によるナノダイヤモンド粉末の創製と異種元素ドーピングによる磁性付与

使用新的物理气相方法创建纳米金刚石粉末，并通过掺杂不同元素赋予磁性

• 批准号: 15J00654
• 负责人: 楢木野 宏
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J00654/
• 关键词: ナノダイヤモンド; 磁性付与; 物理気相成長法; 同軸型アークプラズマガン

平成27年度の研究では，物理気相成長法の一つである同軸型アークプラズマガン(coaxial arc plasma gun: CAPG)を用いてナノダイヤモンド粉末の作製装置の開発と作製条件の確立に注力した．CAPGにグラファイトロッドを原料およびカソードとして取り付け，石英板にアークプラズマを照射することでナノダイヤモンド粉末の作製を行った．粉末X線回折測定より，作製した粉末中に直径10 nm以下のダイヤモンドが存在することが明らかとなった．さらに，放電エネルギーによりナノダイヤモンド粉末を2.4 nmから15 nmの範囲で制御することに成功した．アークプラズマの発光分光分析より，プラズマ中の粒子の内，炭素イオンがダイヤモンドの形成に大きく寄与していると考えられる．浮沈法を用いた密度測定より，作製した粉末中には約40 %のダイヤモンドが存在することが明らかとなった．この値は，現在のナノダイヤモンド粉末の主な生産方法である爆轟法の一次生成物と同程度の割合である．ダイヤモンド粉末への磁性付与は，Cr原子をin situドーピングすることで図った．ダイヤモンド格子中でCrが2価の状態で存在することで磁気モーメントが生じることが理論的に予測されている．X線光電子分光より作製した粉末中にCrが含まれていることは確認されたが，磁気測定によるCrドープナノダイヤモンド粉末の磁性は観測されなかった．これは，Crがダイヤモンド格子中ではなくアモルファスカーボン相に存在するためであると推測される．作製可能なナノダイヤモンドの粒径をさらに大きくすることで，ダイヤモンド格子中に取り込まれるCrの割合が増加し，磁性が観測できる可能性が高くなると期待できる．

在2015年的研究中，我们专注于使用同轴弧等离子体枪（CAPG）（一种物理蒸气沉积方法）开发和建立纳米木粉的制造条件。将石墨杆连接到CAPG上，作为原材料和阴极，并通过用弧等离子体照射石英板来产生纳米型粉末。粉末X射线衍射测量结果表明，在准备好的粉末中有直径小于10 nm的钻石。此外，我们成功地控制了使用排放能量在2.4 nm至15 nm的范围内控制纳米座粉末。从弧等离子体的发射光谱中，可以认为血浆中颗粒的碳离子对钻石的形成显着贡献。使用浮动和设定方法的密度测量表明，准备好的粉末中大约有40％的钻石。该值与雷管方法的主要产物相同，这是产生纳米木粉的主要方法。通过原位掺杂Cr原子，将磁性特性应用于钻石粉末。从理论上讲，在钻石晶格中的二价状态下Cr的存在将导致磁矩。尽管可以证实CR被包含在X射线光电子光谱制备的粉末中，但未通过磁性测量值观察到CR掺杂的纳米座粉的磁性。假定这是因为CR存在于无定形碳相，而不是在钻石晶格中。通过进一步增加可以制造的纳米座的粒径，掺入钻石晶格的CR的比例增加，观察到磁性的可能性增加。

项目成果

同軸型アークプラズマ法で作製した超ナノ微結晶ダイヤモンド粉末の構造解析

同轴电弧等离子体法制备超纳米微晶金刚石粉的结构分析

• 发表时间: 2015
• 作者: Hiroshi Naragino;Aki Tominaga;Kenji Hanada;and Tsuyoshi Yoshitake;冨永亜希，楢木野宏，Mohamed Egiza，神谷和孝，吉武剛;冨永亜希，楢木野宏，神谷和孝，吉武 剛
• 通讯作者: 冨永亜希，楢木野宏，神谷和孝，吉武 剛

Room-temperature hard coating of ultrananocrystalline diamond/nonhydrogenated amorphous carbon composite films on tungsten carbide by coaxial arc plasma deposition

• DOI: 10.7567/jjap.55.030302
• 发表时间: 2016-01
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: Hiroshi Naragino;Mohamed Egiza;A. Tominaga;K. Murasawa;Hidenobu Gonda;M. Sakurai;T. Yoshitake

Fabrication of ultrananocrystalline diamond/nonhydrogenated amorphous carbon composite films for hard coating by coaxial arc plasma deposition

同轴电弧等离子体沉积硬涂层超纳米晶金刚石/非氢化非晶碳复合薄膜的制备

• 发表时间: 2016
• 期刊: Evergreen
• 作者: Hiroshi Naragino;Mohamed Egiza;Aki Tominaga;Koki Murasawa;Hidenobu Gonda;Masatoshi Sakurai;and Tsuyoshi Yoshitake
• 通讯作者: and Tsuyoshi Yoshitake

Fabrication of Nanodiamond Powders and Hard Ultrananocrystalline Diamond/nonhydrogenated Amorphous Carbon Composite Films Using Coaxial Arc Plasma Gun

使用同轴电弧等离子枪制备纳米金刚石粉末和硬质超纳米晶金刚石/非氢化非晶碳复合薄膜

• 发表时间: 2015
• 作者: Hiroshi Naragino;Mohamed Egiza;Aki Tominaga;and Tsuyoshi Yoshitake
• 通讯作者: and Tsuyoshi Yoshitake

超ナノ微結晶ダイヤモンド粉末の小角散乱法での構造解析

小角散射法分析超纳米微晶金刚石粉的结构

• 发表时间: 2016
• 作者: Hiroshi Naragino;Aki Tominaga;Kenji Hanada;and Tsuyoshi Yoshitake;冨永亜希，楢木野宏，Mohamed Egiza，神谷和孝，吉武剛
• 通讯作者: 冨永亜希，楢木野宏，Mohamed Egiza，神谷和孝，吉武剛