close
1.
助成・補助金
Kyushu Univ. Production 九州大学成果文献
Cover image of レーザーアブレーション誘起液体ジェットによる間欠パルスデトネーション — Repetitive Pulse Detonation by Laser Ablation Induced Liquid Jet
永山 邦仁 ; NAGAYAMA Kunihito
研究期間: 2008-2010
本文を見る:
概要: 本研究は、透明物質境界に対して、パルスレーザー入射方向により、レーザーアブレーションのフルエンス閾値が劇的に減少する我々の研究を流体へ発展させたものである。透明な流体同士では、アブレーションに続いて高速の液体ジェット発生し、急速な微粒化へと至る過程を発見し、その現象が、フルエンス、入射エネルギー、レーザービーム形状に依存することを明らかにした。また、エネルギー物質の液体物性に依存する微粒化過程を明らかにした。 続きを見る
2.
助成・補助金
Kyushu Univ. Production 九州大学成果文献
Cover image of 惑星アエロブレーキ基礎技術の研究 — Basic Researches on Planetary Aerobrake Technology
八坂 哲雄 ; YASAKA Tetsuo
研究期間: 2003-2007
本文を見る:
概要: 惑星探査機の搭載機器能力を大きく向上させる方式として、惑星周回軌道に投入する際にアエロブレーキを用いることを目的とし、その基本技術として、地球周回軌道で小型人工衛星を用いた実証をすること、水素を主成分とする惑星大気の力学を極めることを柱として研究を行ってきた。 最終年度には、地球周回実証機の打ち上げ機会が得られなかったので、フライトモデルにプログラム書き換え機能を付与すること、ユニットの統合などによる軽量化を計ることなどの高機能化を行った。非火薬分離機構の研究では、切り離し実験を進め、実用システムとしての可能性を見出した。釣竿を利用した伸展ロッドは環境試験を実施して実用の確認をした。姿勢・軌道の制御ではテザーの運動を利用して効果的な軌道制御を実現する理論を確立した。 気体力学では、水素極超音速希薄流の解析を行い、水素分子の回転緩和、振動緩和、解離反応を考慮し、木星大気を対象としたエアロキャプチャーが実現できる見通しを得た。実験的にはデトネーション駆動型イクスパンションチューブを用いて水素極超音速流の発生を試み、8km/sを達成した。また、炭素系アブレータをアーク加熱空気流に曝し、分光分析によりCN Violet、C_2 SWANバンドをアブレータの上流側で観測し、スポーレーションの発生を確認した。さらに、惑星大気に突入したときの強い衝撃波を含む非定常大規模乱流を解明するため、精度向上を達成できるLES/RANSハイブリッド乱流モデルを検討し、新たなモデル表式を確立した。 続きを見る
3.
助成・補助金
Kyushu Univ. Production 九州大学成果文献
Cover image of 高集光長焦点深度ビームを駆使したレーザーアブレーションによるマイクロドリル加工
河野 正道
研究期間: 2005-2006
本文を見る:
概要: 昨年に引続き高集光長焦点深度ビームを用いたレーザー加工に特有なリング状の表面ダメージの低減を試みた.ステンレスや銅を加工対象とした場合,リング状の加工痕が観察される一方で,アルミを加工対象とした際には観察されなかったことから,酸化の際に生じる着色による吸収率の増加がリング状の表面ダメージをもたらすと考え,酸素が少ない状況での加工を試みた. アルゴンや窒素なのどアシストガスを吹きつけながら加工を行い,アシストガスを適用しない大気中での加工結果(表面ダメージを中心として)と比較検討した.大気中およびアシストガス吹き付け時における加工の共通点として,照射エネルギー密度が低くなるにつれて照射側表面のリング状の痕や黒く変色している範囲が小さくなる様子が観察された.アシストガスを適用して加工を行うことにより,副次ロブに起因する広範囲の変色やリング状の溶融痕を大幅に低減することができた.アシストガスの適用により加工の際に生じる酸化が抑えられるため変色を低減できたものと考えられる.また変色を抑えることができた結果,試料表面における光吸収率の増加も併せて抑えられ副次ロブのパルスエネルギーによる溶融も低減できたものと考えられる. 可視光による金属材料の加工とは加工現象が異なる紫外光を用いた高分子材料の加工も併せて行った.その結果,マイクロスケールのドリル加工が可能であったことから,加工現象が異なる系でも高集光長焦点深度ビームをマイクロドリルに適用できることが分った. 続きを見る
4.
助成・補助金
Kyushu Univ. Production 九州大学成果文献
Cover image of 木星大気へ突入する探査機のアブレーションによる空力加熱低減に関する研究 — An Investigation of Thermal Protection System of a Jupiter-Entry Capsule by Using Ablation
西田 迪雄; NISHIDA Michio; 安倍 賢一 ... [ほか]
研究期間: 2003-2005
本文を見る:
概要: 1.炭素系アブレータ装備の宇宙探査機カプセルが地球大気圏に突入する際の衝撃層流れを、空気の3温度モデル、空気-空気およびアブレータ-空気の非平衡化学反応を考慮して数値解析を行った。この解析により木星大気突入宇宙船のアブレーション解析の基礎が確立できた。 2.希薄水素流環境での高温固体炭素の昇華に関する希薄気体力学解析とアブレーションを含む極超音速水素気流に関する化学非平衡粘性衝撃層解析を行った。木星突入プローブについて熱防御材重量を検討した結果、低コスト小型プローブ実現には機体の低弾道係数化が必要であることが明らかになった。 3.突入機の突入飛行環境の予測、及び、熱防御用アブレータからの噴出ガスの効果の把握を行った。突入飛行環境としては、特に、超軌道からの突入に関して、熱的非平衡が予測以上に大きいことを実験的に明らかにした。また、このような非平衡性が機体の加熱に対する効果も合わせて把握した。一方、実飛行環境下での熱防御アブレータの挙動について、分光的手法を適用して、その一端を明らかにした。 4.アブレータによる熱防御を行う場合,未だ理解されていない現象にスポレーション粒子による輻射加熱の存在が提案されている.スポレーション現象の発生をアーク加熱風洞により加熱されたアブレータ周りを分光計測することにより確認した.また,スポレーション粒子の挙動を数値計算により予測した. 5.高感度高速ゲート付CCDカメラを用いてアブレーションプルーム内の粒子種に適合した波長フィルターを介して当該粒子種の空間分布観測を試みた。高真空で比較的発光の弱いFeSi2ターゲットのプルーム観測の有効性を確認できた。 6.木星大気に突入する探査機周りの強い衝撃波を含む非定常大規模乱流計算に備えて,解析精度向上のための乱流モデリング技術としてLES/RANSハイブリッド乱流モデルの検討を行い,新たなモデル表式を提案した. 続きを見る
5.
助成・補助金
Kyushu Univ. Production 九州大学成果文献
Cover image of 新世代ロケット燃料を目指す金属ナノ粒子の作成法とその特性
永山 邦仁
研究期間: 2003-2004
本文を見る:
概要: 多くの物質をナノサイズ化することにより、極めて感度の高い火薬として振舞うことが考えられる。ナノサイズの粒子はその表面積が異常に大きいため、化学反応に関する感度は非常に高くなる。現有の真空容器および購入した真空容器内で数種類の金属ターゲットについて、アルゴン雰囲気中でのアプリケーションによりナノ微粒子を生成させる実験を行ってきた。 ターゲット材料としては、特に大きな期待をもたれているアルミニウムについて詳細な実験を行ってきた。作成したナノサイズ粒子は、主としてTEMによる観察で同定している。標的試料を高純度のアルミニウムとし、かつ高真空に引いた後、アルゴンガスを導入して、その圧力を変化させて試験してきた。これまでの実験の結果、アルゴン圧力約1気圧、かつガスは流されないこと、また、レーザー発振周波数は高い方がよく、かつ反射板からターゲット方向につきだした板面上でなるべくターゲットに近い位置で、作成される粒子サイズは数十nm〜百nmサイズとなった。以上の結論は、作成される粒子の透過電子顕微鏡観察及び、レーザーシャドーグラフによる流れ場の撮影から示唆された。特にレーザーシャドーグラフでは、レーザー照射後50マイクロ秒後という流れ場がほとんどなくなってから明らかな密度変化の領域が観測された。この領域は凝集によって生成されたナノ粒子群であると考えられ、きわめて遅い時期にかつ非常にゆっくりとターゲットから反射板方向に伸びながら運動していることが明らかとなった。このことを利用すれば高効率の粒子作製法へつながると考えられている。 続きを見る
6.
助成・補助金
Kyushu Univ. Production 九州大学成果文献
Cover image of ナノ微粒子支援レーザ堆積法によるハイブリッドナノ構造酸化亜鉛結晶の創製と応用 — Synthesis of hybrid nano-structured ZnO crystal by nanoparticle-assisted pulsed laser deposition and their application
岡田 龍雄 ; OKADA Tatsuo
研究期間: 2006-2007
本文を見る:
概要: 本研究の目的は,我々が独自に開発してきた結晶合成法であるナノ微粒子支援レーザ堆積(以下NAPLD:Nano-particle Assisted Pulsed Laser Deposition)法を,ZnOナノ結晶の創製に展開して,ZnOナノ結晶を利用した高性能光電子素子開発の基礎を確立することである. 1)ナノワイヤ付ZnOナノロッド結晶の成長メカニズム解明と配向制御法の確立 表面を平坦化したサファイア基板を用いて,c軸が基板に垂直に配向したZnOナノワイヤ付ZnOロッド結晶の成長に成功した.また,a軸配向したサファイア基板を用いて,基板表面に平行にZnOナノワイヤを成長させることに成功した.さらに,レーザ照射エネルギーや繰返し周波数などを制御して,単位面積あたりのナノワイヤの成長密度の制御法を確立した. 2)電界放出特性の測定 垂直に配向したZnOナノワイヤ付ZnOロッド結晶からの電界放出を確認するとともに,これを用いて蛍光体からの可視発光素子の作製に成功した. 2)ナノワイヤハンドリング技術の確立 超音波リンスにより溶液中に取り出したZnOナノワイヤを誘電泳動現象によって電極へ集積する技術を確立した.これを利用して,特別に作製した観測用基板を用いてZnOナノワイヤをSEMによる正確な寸法測定と光学顕微鏡による光特性の測定を対応させながら観察することが可能になった. 3)単一ZnOナノワイヤの光特性とレーザ発振 2)項で開発した手法を用いて,マイクロキャビィティ効果による単一ナノワイヤのレーザ発振特性を調べ,ナノワイヤの形状や寸法と発振スペクトルの関係を詳細に調べた.その結果,単位ナノワイヤ当り13.6mWのパワーでレーザ発振することが明らかになった. 続きを見る
7.
助成・補助金
Kyushu Univ. Production 九州大学成果文献
Cover image of 粒子ビーム・レーザー分光法による成膜プロセスの研究
岡田 龍雄
研究期間: 1992
本文を見る:
概要: レーザーアブレーションによる薄膜作製に関連して,アブレーションで生成した粒子が基板に付着する過程を研究するため新たな研究手法の開発を試みた。すなわち,高温超伝導体薄膜作製に関連してYBa_2Cu_3O_<7-x>をArFレーザーでアブレートして生成したBa原子ビームを基板に入射して,入射Ba粒子と基板で散乱されたBa粒子の振る舞いをレーザー誘起蛍光分光法で調べた。 その結果,以下のことが明らかになった。 (1)レーザーアブレーションで生成したBa原子ビームは,数eVと大きな運動エネルギーを持っている。 (2)このビームをSi基板に入射したところ,入射粒子の一部は基板に付着することなく散乱される。 (3)散乱された,粒子の空間分布はほぼ余弦角度分布則に従って散乱される。 (4)散乱された粒子の速度は,入射粒子のそれに比べて約1/6に減速されており,入射粒子の持っていた運動エネルギーの大部分は基板へ付与されている。 これにより,本研究の手法が粒子と基板との相互作用を研究するのに有力な手段となることが確認された。また,アブレートするターゲットを選択すれば各種のラジカルビームを発生できると考えられるので,広く他の粒子種にも適用できる一般的手法になると期待される。 続きを見る
8.
助成・補助金
Kyushu Univ. Production 九州大学成果文献
Cover image of アブレーションによるラジカルの発生とラジカルビーム源への応用 — Generation of radicals by laser-ablation and their application to beam source
岡田 龍雄 ; OKADA Tatsuo
研究期間: 1993-1994
本文を見る:
概要: レーザーアブレーション法により固体ターゲットから直接ラジカル種を発生し,ラジカルビーム源としての利用の可能性を評価する為,に放出されたラジカルの特性をレーザ誘起蛍光法により調べた。結果の概要は以下の通りである。 (1)YBa_2Cu_3O_<7-x>ターゲットらはBa,Y,YO,BaOの発生を確認した。 (2)YBa_2Cu_3O_<7-x>ターゲットより発生したYO分子ラジカルの運動エネルギーは数eVと大きいのに対し,回転エネルギーは0.2eV程度と小さい。大部分のエネルギーは運動エネルギーとして放出される。 (3)Al_2O_3,Si_3N_4,BaTiO_3など各種セラミックスをターゲットに用いて,発生した粒子種の同定を行なったところ,原子種がおもに発生することがわかった。 (4)YBa_2Cu_3O_<7-x>,Al_2O_3,Si_3N_4ターゲットから放出された原子種の速度分布関数は,いずれも2成分のシフティッドマツクスウェル分布で良く記述できる。 (5)生成したAlラジカルをスリットで切り出してビームを生成し,ビーム形状をイメージングレーザー誘起蛍光法により可視化した。これにより,高速の中性ビームが容易に生成できることが示された。 ビーム源として実用化の際重要になると思われるターゲットを繰り返しアブレートした際の劣化について調べた。その結果,繰り返し照射により微粒子放出量は増し,ラジカル放出量は減少するのが観測された。微粒子放出量より評価したターゲットの寿命は約50回程度である。劣化特性を記述する実験式を提案した。 続きを見る
9.
助成・補助金
Kyushu Univ. Production 九州大学成果文献
Cover image of 溶液レーザーアブレーションによる金属コロイドの作製
辻 剛志
研究期間: 2000-2002
本文を見る:
概要: レーザー照射条件と生成微粒子の粒径との関係の解析に重点を置いた。昨年度に引き続き、Agをターゲットとして用い、照射波長との関係を調べた。本年度は波長の数を増やした。また、粒径測定はTEM画像を用いて行う必要があるが、TEMサンプル作製方法の最適化も行った。それらの結果、銀微粒子の粒径は生成効率の低い波長ほど小さくなるという照射波長に対する明確な依存性を示すことが明らかになった。この結果は、昨年度の研究で我々が明らかにした、生成した微粒子が生成後に照射されるレーザー光をさらに吸収する「再吸収機構」を用いて説明できる。再吸収によって微粒子はターゲット表面に到達するレーザー光のエネルギーを減少させ、生成効率を低下させると同時に自らも分解されることによって粒径が小さくなると考えられる。 さらに今年度はレーザーアブレーションにおいて重要な因子であるレーザー光のパルス幅と生成効率、粒径との関係を調べた。フェムト秒パルスとナノ秒パルスを照射した結果を比較したところ、気相中のアブレーションとは異なり、フェムト秒パルスの方がナノ秒パルスに比べて生成効率が低下し、粒径が小さくなるという結果が得られた。この現象は再吸収機構によって説明できない。電子エネルギーが格子のエネルギーに変換される過程における溶媒への熱エネルギー拡散が重要な役割を果たしていると考えている。すなわち、フェムト秒パルスを照射した場合には電子-格子緩和過程において溶媒への熱エネルギー拡散によってターゲット温度の上昇が低くなるのに対し、ナノ秒パルスは格子緩和した状態においても繰り返し光子が照射され、ターゲットの温度を上昇させると考えられる。 続きを見る
10.
助成・補助金
Kyushu Univ. Production 九州大学成果文献
Cover image of パルスレーザーデポジッションによるNd:BaTiO_3薄膜の作製と評価
岡田 龍雄
研究期間: 1996
本文を見る:
概要: パルスレーザーデポジッション法(PLD)とは、高出力のレーザー光を固体表面に集光照射して表面を瞬時に気化し、気化により放出された原子・分子群を基板上に再凝縮させて結晶薄膜を作製する手法で、酸化物薄膜作製の有力な手法として注目されている。本研究では、光機能性結晶であるNd:BaTiO_3およびBaTiO_3をPLD法によりMgO基板上に作製し膜特性を評価した。 まず、酸素雰囲気ガス圧および基板の温度をそれぞれ0-500mTorr,650-850℃の範囲で変化して種々の薄膜を作製した。これらの薄膜について光学特性、結晶性、表面形状、蛍光特性、光学非線形特性を中心に評価した。また、作製条件と膜特性との相関を調べるため、レーザー分光法による成膜中の原子・分子挙動のその場計測法を開発した。得られた主要な結果は以下の通りである。 (1)いずれの膜も干渉性を示す透明な膜が得られた。屈折率はバルク結晶の値に近いものであった。 (2)圧力が高いほど結晶性の良い膜が得られた、また格子定数は圧力とともに小さくなることが分かった。 (3)圧力が10mTorrでは膜表面は平坦であるが、圧力が100mTorr以上では粒状成長であった。 (4)Nd:BaTiO_3では波長1.06μm付近でNdのものと思われる蛍光が観測された。 (5)成膜中のBa,Tl原子の挙動を可視化することが可能になった。 続きを見る