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大気圧非平衡プラズマのミクロ構造を利用した垂直配向単層カーボンナノチューブの合成

机译：利用大气压非平衡等离子体的微观结构合成垂直取向的单层碳纳米管

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大気圧RFプラズマCVDは，高価で複雑な真空装置を必要としない長所に加え，低圧プラズマとは大きく異なる独自の反応系が注目を浴び，特に材料合成プロセスへの応用に向けた研究が盛んに行われている．大気圧ではプラズマCVDにおいて重要であるシース，すなわち電極とバルクプラズマの間に存在するマイクロスケールの境界領域において粒子衝突が頻繁に生じており，基板へ流入する正イオンが充分に加速しきれない．この大気圧下のシースを特に衝突性シースという．したがって，低圧プラズマにおいて単層カーボンナノチューブ(SWNTs)の合成が困難とされてきた要因である基板へのイオン衝撃，すなわち高エネルギーイオンによる触媒粒子やSWNTsへのダメージが大気圧プラズマでは抑制できる可能性がある．現在，低圧プラズマCVDにより合成されているSWNTsは，イオンが成長基板に到達できないリモートプラズマCVDによってのみ可能であるのに対し，大気圧RFプラズマCVDでは容量結合型プラズマの中に基板を直接設置できる利点もある．つまり，大気圧RFプラズマはイオン衝撃を抑制し，かつシース内部の高電界を利用してSWNTsを配向成長できる可能性があり，低圧プラズマと比較してSWNTs合成に有利である．大気圧では分子の平均自由行程が1μm以下で，これに伴いシースの厚さも数100μmまで縮退する特徴がある．本研究では，分光イメージングにより大気圧プラズマの衝突性シースのミクロ構造を明らかにすると同時に，既存の真空プラズマプロセスでは合成が困難とされてきた垂直配向SWNTsを大気圧RFプラズマCVDにより合成し，その基本特性を明らかにした．
机译：大气压RF等离子体CVD具有不需要昂贵且复杂的真空设备的优点，并且其独特的反应系统与低压等离子体显着不同，引起了人们的关注，并且其在材料合成工艺中的应用研究特别活跃。完成了在大气压下，鞘层中经常发生颗粒碰撞，这在等离子体CVD中很重要，也就是说，在电极与体等离子体之间存在的微尺度边界区域中，流进基板的正离子无法充分加速。该护套在大气压下被称为碰撞护套。因此，大气压等离子体有可能抑制离子对基板的影响，即由高能离子对催化剂颗粒和SWNT造成的损害，这是导致难以在低压等离子体中合成单层碳纳米管（SWNT）的因素。有。当前，通过低压等离子体CVD合成的SWNT仅通过离子不能到达生长衬底的远程等离子体CVD才有可能，而在大气压RF等离子体CVD中，可以将衬底直接放置在电容耦合等离子体中。也有优点。换句话说，大气压RF等离子体可抑制离子撞击，并具有利用护套内部的高电场使SWNT定向和生长的潜力，与低压等离子体相比，这对于SWNT的合成是有利的。在大气压下，分子的平均自由行程为1μm或更小，而鞘的厚度也缩小到几百μm。在这项研究中，我们通过光谱成像阐明了大气压等离子体冲击鞘的微观结构，同时，合成了垂直取向的单壁碳纳米管，这种碳纳米管很难通过现有的真空等离子体工艺通过大气压RF等离子体CVD合成。阐明了基本特征。

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