JP2022160428A - Structure and hydrogen storage structure - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To inhibit an aggregation of a plurality of particles each containing a hydrogen storage metal element.
SOLUTION: In a structure, a plurality of particles each containing hydrogen storage metal element are disposed in a manner alienated with each other in a stationary member. An entirety of a surface of each of the plurality of particles is surrounded by the stationary member. The stationary member contains at least one of an oxide and a nitride. The stationary member includes a base and a film disposed on a surface of the base. The plurality of particles include two or more particles disposed on the surface of the base and each having a different distance from the surface of the base. The film is abutting on an entire surface of the plurality of particles.
SELECTED DRAWING: Figure 1
COPYRIGHT: (C)2023,JPO&INPIT

Description

本発明は、構造体および水素吸蔵構造体に関する。The present invention relates to structures and hydrogen storage structures.

水素を貯蔵する手段として水素吸蔵金属または水素吸蔵合金が使用されうる。特許文献1には、水素吸蔵合金の製造方法が記載されている。この製造方法では、減圧した真空容器内にrfアークプラズマを形成し、該プラズマ中でTiおよびCu、または、Ti、CuおよびSiの蒸気を反応させてTi-Cu合金またはTi-Cu-Si合金の微粉末を形成し回収する。特許文献1によれば、該製造方法によって製造される微粉末は、表面積が大きいために、従来の約10~50倍の水素吸蔵量が実現される。 A hydrogen storage metal or hydrogen storage alloy can be used as a means of storing hydrogen. Patent Literature 1 describes a method for producing a hydrogen storage alloy. In this manufacturing method, an rf arc plasma is formed in a vacuum vessel with reduced pressure, and vapors of Ti and Cu, or Ti, Cu and Si are reacted in the plasma to produce a Ti—Cu alloy or a Ti—Cu—Si alloy. of fine powder is formed and recovered. According to Patent Document 1, since the fine powder produced by this production method has a large surface area, it realizes a hydrogen storage capacity about 10 to 50 times that of conventional powders.

特開昭61-270301号公報JP-A-61-270301

水素吸蔵金属および水素吸蔵合金のように水素吸蔵金属元素を含む粒子は、水素を吸蔵するときに発熱しうる。特に、単位体積あたりの粒子の表面積を大きくするために該粒子の寸法を小さくしてゆくと、水素の吸蔵効率が向上するとともに、水素を吸蔵するときの発熱量も増加しうる。発熱量が大きくなると、粒子が凝集しうる。あるいは、粒子に対して外部から熱が加えられた場合においても、粒子が凝集しうる。粒子が凝集すると、水素吸蔵能力が低下しうる。 Particles containing hydrogen-absorbing metal elements such as hydrogen-absorbing metals and hydrogen-absorbing alloys can generate heat when absorbing hydrogen. In particular, when the size of the particles is reduced in order to increase the surface area of the particles per unit volume, the efficiency of hydrogen storage can be improved, and the amount of heat generated when storing hydrogen can also be increased. A high calorific value can cause the particles to agglomerate. Alternatively, the particles can aggregate when heat is applied to the particles from the outside. Particle agglomeration can reduce the hydrogen storage capacity.

本発明は、水素吸蔵金属元素を含む複数の粒子の凝集を抑制することを目的とする。 An object of the present invention is to suppress agglomeration of a plurality of particles containing a hydrogen storage metal element.

本発明の第1の側面は、各々が水素吸蔵金属元素を含む複数の粒子が相互に離隔されるように固定部材の中に配置された構造体に係り、前記複数の粒子の各々の表面の全体が前記固定部材によって取り囲まれ、前記固定部材が酸化物および窒化物の少なくとも1つを含み、前記固定部材は、下地と、前記下地の表面の上に配置された膜とを含み、前記複数の粒子は、前記下地の前記表面の上に配置され前記下地の前記表面からの距離が互いに異なる2以上の粒子を含み、前記膜は前記複数の粒子の各々の表面の全体と接している。 A first aspect of the present invention relates to a structure in which a plurality of particles each containing a hydrogen-absorbing metal element are arranged in a fixing member so as to be separated from each other, and the surface of each of the plurality of particles The plurality of the includes two or more particles arranged on the surface of the base and having different distances from the surface of the base, and the film is in contact with the entire surface of each of the plurality of particles.
本発明の第2の側面は、各々が水素吸蔵金属元素を含む複数の粒子が相互に離隔されるように固定部材の中に配置された構造体に係り、前記複数の粒子の各々の表面の全体が前記固定部材によって取り囲まれ、前記固定部材が酸化物および窒化物の少なくとも1つを含み、前記固定部材は、下地と、前記下地の表面の上に配置された膜とを含み、前記複数の粒子は、前記下地の前記表面の上に配置され前記下地の前記表面からの距離が互いに異なる2以上の粒子を含み、前記複数の粒子の各々における前記下地の表面からの距離が1nm以上かつ10nm以下の範囲である。 A second aspect of the present invention relates to a structure in which a plurality of particles each containing a hydrogen-absorbing metal element are arranged in a fixing member so as to be separated from each other, and the surface of each of the plurality of particles The plurality of the includes two or more particles arranged on the surface of the base and having different distances from the surface of the base, each of the plurality of particles having a distance of 1 nm or more from the surface of the base, and It is in the range of 10 nm or less.
本発明の第3の側面は、各々が水素吸蔵金属元素を含む複数の粒子が相互に離隔されるように固定部材の中に配置された構造体に係り、前記複数の粒子の各々の表面の全体が前記固定部材によって取り囲まれ、前記固定部材が酸化物および窒化物の少なくとも1つを含み、前記固定部材は、下地と、前記下地の表面の上に配置された膜とを含み、前記複数の粒子は、前記下地の前記表面の上に配置され前記下地の前記表面からの距離が互いに異なる2以上の粒子を含み、前記複数の粒子が、400℃、10時間の熱処理後も相互に離隔されている。 A third aspect of the present invention relates to a structure in which a plurality of particles each containing a hydrogen-absorbing metal element are arranged in a fixing member so as to be separated from each other, and the surface of each of the plurality of particles The plurality of the contains two or more particles arranged on the surface of the base and having different distances from the surface of the base, and the plurality of particles are separated from each other even after heat treatment at 400 ° C. for 10 hours It is
本発明の第4の側面は、各々が水素吸蔵金属元素を含む複数の粒子が相互に離隔されるように固定部材の中に配置された構造体に係り、前記複数の粒子の各々の表面の全体が前記固定部材によって取り囲まれ、前記固定部材がMgO、ZrO A fourth aspect of the present invention relates to a structure in which a plurality of particles each containing a hydrogen-absorbing metal element are arranged in a fixing member so as to be separated from each other, and the surface of each of the plurality of particles The whole is surrounded by the fixing member, and the fixing member is MgO, ZrO 2 、Y, Y 2 O. 3 、CaO、Al, CaO, Al 2 O. 3 、Si, Si 3 N. 4 およびAlNの少なくとも1つを含み、前記固定部材は、下地と、前記下地の表面の上に配置された膜とを含み、前記複数の粒子は、前記下地の前記表面の上に配置され前記下地の前記表面からの距離が互いに異なる2以上の粒子を含む。and AlN, the fixing member includes a base and a film disposed on the surface of the base, and the plurality of particles are disposed on the surface of the base and the base two or more particles having different distances from said surface.
本発明の第5の側面は、各々が水素吸蔵金属元素を含む複数の粒子が相互に離隔されるように固定部材の中に配置された水素吸蔵構造体に係り、前記複数の粒子の各々の表面の全体が前記固定部材によって取り囲まれ、前記固定部材が酸化物および窒化物の少なくとも1つを含み、前記固定部材は、下地と、前記下地の表面の上に配置された膜とを含む。 A fifth aspect of the present invention relates to a hydrogen storage structure in which a plurality of particles each containing a hydrogen storage metal element are arranged in a stationary member so as to be separated from each other, and each of the plurality of particles The entire surface is surrounded by the anchoring member, the anchoring member comprising at least one of an oxide and a nitride, the anchoring member comprising a substrate and a film disposed over the surface of the substrate.

本発明によれば、水素吸蔵金属元素を含む複数の粒子の凝集が抑制される。 According to the present invention, agglomeration of a plurality of particles containing a hydrogen-absorbing metal element is suppressed.

本発明の第1実施形態の構造体の模式的な断面図。1 is a schematic cross-sectional view of a structure according to a first embodiment of the present invention; FIG. 本発明の第1実施形態の構造体の模式的な断面図。1 is a schematic cross-sectional view of a structure according to a first embodiment of the present invention; FIG. 本発明の第1実施形態の構造体の製造方法を説明する図。4A and 4B are views for explaining a method for manufacturing a structure according to the first embodiment of the present invention; FIG. 本発明の第1実施形態の構造体の製造方法を説明する図。4A and 4B are views for explaining a method for manufacturing a structure according to the first embodiment of the present invention; FIG. 本発明の第1実施形態の構造体の製造方法を説明する図。4A and 4B are views for explaining a method for manufacturing a structure according to the first embodiment of the present invention; FIG. 本発明の第1実施形態の構造体の製造方法を説明する図。4A and 4B are views for explaining a method for manufacturing a structure according to the first embodiment of the present invention; FIG. 実施例に係る構造体の断面のTEM画像。A TEM image of a cross section of a structure according to an example. 実施例に係る構造体の断面のTEM画像(図4Aの拡大図)。FIG. 4B is a TEM image of a cross section of the structure according to the example (enlarged view of FIG. 4A). 熱処理を行った後の構造体の断面のTEM画像。A cross-sectional TEM image of the structure after heat treatment. 熱処理を行った後の構造体の断面のTEM画像(図5Aの拡大図)。A cross-sectional TEM image of the structure after heat treatment (magnified view of FIG. 5A). 図4Aの構造体のEDX分析の結果を示す図。4B shows the results of EDX analysis of the structure of FIG. 4A. FIG. 図5Aの構造体のEDX分析の結果を示す図。FIG. 5B shows the results of EDX analysis of the structure of FIG. 5A. 本発明の第2実施形態の構造体の模式的な断面図。Typical sectional drawing of the structure of 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態の構造体の模式的な断面図。Typical sectional drawing of the structure of 3rd Embodiment of this invention.

以下、添付図面を参照しながら本発明をその例示的な実施形態を通して説明する。 The invention will now be described through its exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings.

[第1実施形態]
図1、図2には、本発明の第1実施形態の構造体1の模式的な断面図が示されている。ここで、図2は、図1のA-A’線に沿った断面の一部の拡大図に相当する。構造体1は、複数の粒子3が相互に離隔されるように固定部材10の中に配置された構造を有する。
[First embodiment]
1 and 2 show schematic cross-sectional views of a structure 1 according to a first embodiment of the present invention. Here, FIG. 2 corresponds to an enlarged view of a part of the cross section taken along line AA' of FIG. The structure 1 has a structure in which a plurality of particles 3 are arranged in a fixing member 10 such that they are spaced apart from each other.

固定部材10は、複数の粒子3を高温環境下においても相互に離隔した状態に保つ機能を果たすものであって、例えば複数の粒子3の位置を固定するように機能する。複数の粒子3の各々は、水素吸蔵金属元素を含む。固定部材10は、例えば、下地2と、下地2の上に配置された膜4とを含みうる。複数の粒子3の各々は、その表面の全体が固定部材10によって取り囲まれている。 The fixing member 10 functions to keep the plurality of particles 3 apart from each other even in a high-temperature environment, and functions to fix the positions of the plurality of particles 3, for example. Each of the plurality of particles 3 contains a hydrogen storage metal element. Fixing member 10 may include, for example, substrate 2 and membrane 4 disposed on substrate 2 . The entire surface of each of the plurality of particles 3 is surrounded by the fixing member 10 .

粒子3は、水素吸蔵金属元素を含む材料で構成された粒子であり、例えば、水素吸蔵金属の粒子および水素吸蔵合金の粒子の少なくとも1つを含みうる。水素吸蔵金属元素は、例えば、Pd、Ni、Cu、Ti、Nb、Zr、Mg、Mn、V、Fe、希土類元素からなるグループから選択される少なくとも1つでありうる。水素吸蔵合金は、例えば、Pd/Ni合金、Pd/Cu合金、Mg/Zn合金、Zr/Ni合金、Zr/Ni/Mn合金、Ti/Fe合金、Ti/Co合金、La/Ni合金、Re/Ni合金、Mm/Ni合金、Ca/Ni合金、Ti/V合金、Ti/Cr合金、Ti/Cr/V合金、Mg/Ni合金、Mg/Cu合金からなるグループから選択される少なくとも1つでありうる。複数の粒子3の各々の寸法は、例えば、2nm以上かつ1000nm以下でありうる。複数の粒子3の総表面積を増加させる観点において、複数の粒子3の各々の寸法は、2nm以上かつ100nm以下であることが好ましく、2nm以上かつ10nm以下であることが更に好ましい。粒子3は、結晶であることが好ましく、単結晶であってもよいし、多結晶であってもよい。 The particles 3 are particles made of a material containing a hydrogen-absorbing metal element, and may contain, for example, at least one of hydrogen-absorbing metal particles and hydrogen-absorbing alloy particles. The hydrogen storage metal element can be, for example, at least one selected from the group consisting of Pd, Ni, Cu, Ti, Nb, Zr, Mg, Mn, V, Fe, and rare earth elements. Hydrogen storage alloys include, for example, Pd/Ni alloys, Pd/Cu alloys, Mg/Zn alloys, Zr/Ni alloys, Zr/Ni/Mn alloys, Ti/Fe alloys, Ti/Co alloys, La/Ni alloys, Re /Ni alloy, Mm/Ni alloy, Ca/Ni alloy, Ti/V alloy, Ti/Cr alloy, Ti/Cr/V alloy, Mg/Ni alloy, Mg/Cu alloy. can be Each dimension of the plurality of particles 3 can be, for example, 2 nm or more and 1000 nm or less. From the viewpoint of increasing the total surface area of the plurality of particles 3, the size of each of the plurality of particles 3 is preferably 2 nm or more and 100 nm or less, more preferably 2 nm or more and 10 nm or less. The particles 3 are preferably crystals, and may be single crystals or polycrystals.

膜4は、高融点材料、例えば、融点が1400℃以上の材料で構成されうる。膜4は、複数の微結晶を含みうるが、非晶質であってもよい。膜4は、例えば、酸化物(例えば、MgO、ZrO、ZrO・Y、CaO、SiOおよびAlの少なくとも1つ)および窒化物(例えば、SiおよびAlNの少なくとも1つ)の少なくとも1つを含みうる。 The membrane 4 may consist of a high melting point material, for example a material with a melting point of 1400° C. or higher. Film 4 may contain a plurality of crystallites, but may also be amorphous. The film 4 is, for example, oxides (eg at least one of MgO, ZrO2, ZrO2.Y2O3 , CaO , SiO2 and Al2O3 ) and nitrides ( eg Si3N4 and AlN). at least one of).

下地2は、例えば、Si基板、または、Si基板の上にSiO膜が形成された下地でありうるが、他の材料(例えば、金属または絶縁体)で構成されてもよい。下地2は、例えば、1400℃以上の融点を有する材料で構成されることが好ましい。下地2は、膜4と同一の材料で構成された膜等の部材であってもよいし、膜4とは異なる材料で構成された膜等の部材であってもよい。下地2は、自立した部材であってもよいし、他の部材によって支持された部材であってもよい。 The base 2 can be, for example, a Si substrate or a base in which a SiO 2 film is formed on a Si substrate, but may be made of other materials (eg, metal or insulator). The underlayer 2 is preferably made of a material having a melting point of 1400° C. or higher, for example. The underlayer 2 may be a member such as a film made of the same material as the film 4 or a member such as a film made of a material different from that of the film 4 . The base 2 may be an independent member or a member supported by another member.

複数の粒子3を相互に離隔させる高融点材料の膜4が存在しない場合、粒子3が水素を吸蔵して発熱する際に、その熱によって近傍に位置する2以上の粒子3が凝集しうる。これにより個々の粒子の寸法が大きくなり、水素吸蔵能力を低下させうる。複数の粒子3を相互に離隔させる高融点材料の膜4の存在は、粒子3が水素を吸蔵する際に発生する熱によって近傍に位置する2以上の粒子3が凝集することを抑制する。また、高融点材料の膜4の存在は、粒子3が水素を吸蔵する際に発生する熱に起因して粒子3と膜4の構成物質との合金が形成されることも抑制する。膜4に必要とされる耐熱性は、構造体1の発熱時に溶融しない程度の耐熱性である。構造体1の発熱時の温度は、粒子3の材料や粒子3の構造体1における密度、水素同位体ガス圧力等に依存するため、一律に規定することはできない。それゆえ、膜4の材料は、使用環境に応じて適宜選択することが望ましいが、例えば1400℃以上の融点を有する材料である。 固定部材10によって離隔されている複数の粒子3の間の距離は、1nm以上かつ10nm以下が好ましい。離隔されている複数の粒子3の間の距離が増大すると、構造体1における水素吸蔵金属または水素吸蔵合金の含有率が低下し、好ましくないからである。 If the high-melting-point material film 4 that separates the plurality of particles 3 does not exist, when the particles 3 occlude hydrogen and generate heat, two or more particles 3 located nearby may aggregate due to the heat. This increases the size of individual particles and can reduce the hydrogen storage capacity. The existence of the high-melting-point material film 4 that separates the plurality of particles 3 from each other suppresses aggregation of two or more particles 3 located nearby due to heat generated when the particles 3 occlude hydrogen. The presence of the high-melting-point material film 4 also suppresses the formation of an alloy between the particles 3 and the constituents of the film 4 due to the heat generated when the particles 3 occlude hydrogen. The heat resistance required for the film 4 is such that it does not melt when the structure 1 generates heat. The temperature at which the structure 1 generates heat depends on the material of the particles 3, the density of the particles 3 in the structure 1, the pressure of the hydrogen isotope gas, and the like, and cannot be defined uniformly. Therefore, the material of the film 4 is desirably selected according to the usage environment, and is, for example, a material having a melting point of 1400° C. or higher. The distance between the plurality of particles 3 separated by the fixing member 10 is preferably 1 nm or more and 10 nm or less. This is because if the distance between the plurality of separated particles 3 increases, the content of the hydrogen-absorbing metal or hydrogen-absorbing alloy in the structure 1 decreases, which is not preferable.

複数の粒子3は、下地2の表面に接触するように下地2の表面に沿って2次元状に配置された粒子3’を含みうる。粒子3’は、膜4を介して相互に離隔して配置され、かつ、膜4によって覆われている。 The plurality of particles 3 may include particles 3 ′ arranged two-dimensionally along the surface of the substrate 2 so as to contact the surface of the substrate 2 . The particles 3 ′ are spaced apart from each other via a membrane 4 and are covered by the membrane 4 .

構造体1の製造方法は、図3Aに例示されるように、各々が水素吸蔵金属元素を含む複数の粒子3を互いに離隔するように形成し、個々の粒子3を島状に配置する第1工程と、図3Bに例示されるように、複数の粒子3をそれぞれ覆うように膜4を形成する第2工程とを含みうる。ここで、第1工程および第2工程を含む処理を複数回にわたって実施することによって図3C、図3Dに例示されるように積層され、その結果、図1Aに例示されるように、下地2の表面からの距離が互いに異なる複数の粒子3を有する構造体1を得ることができる。1つの例において、第1工程では、スパッタリング法によって複数の粒子3が形成され、第2工程では、個々の粒子3の表面を直接覆うようにスパッタリング法によって膜4が形成されうる。他の例では、第1工程および第2工程の少なくも一方は、スパッタリング法以外の堆積方法(例えば、CVD法、ALD法、真空蒸着法、プラズマスプレー法)で実施されうる。特に、物理的な堆積法を用いて上記のような水素吸蔵材料を形成すると、水素吸蔵材料を溶液中で合成する場合や、溶融とその後の急速冷却により合成する場合(メルトスピニング法)と比べ、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金の粒子の寸法を制御すること、所望の寸法の粒子の含有率を高めること、粒子の結晶性を高めること、隣接する異なる材料への拡散を抑制することなども可能となる。 As illustrated in FIG. 3A, the manufacturing method of the structure 1 is the first step of forming a plurality of particles 3 each containing a hydrogen-absorbing metal element so as to be separated from each other and arranging the individual particles 3 in an island shape. and a second step of forming a membrane 4 to cover each of the plurality of particles 3, as illustrated in FIG. 3B. Here, by performing the treatment including the first step and the second step a plurality of times, it is laminated as illustrated in FIGS. 3C and 3D, and as a result, as illustrated in FIG. A structure 1 having a plurality of particles 3 with different distances from the surface can be obtained. In one example, a plurality of particles 3 can be formed by a sputtering method in the first step, and a film 4 can be formed by a sputtering method so as to directly cover the surface of each particle 3 in the second step. In other examples, at least one of the first and second steps can be performed by a deposition method other than sputtering (eg, CVD, ALD, vacuum deposition, plasma spray). In particular, the use of physical deposition methods to form such hydrogen storage materials is more advantageous than synthesis of hydrogen storage materials in solution or by melting followed by rapid cooling (melt spinning). , controlling the size of the particles of the hydrogen storage metal or hydrogen storage alloy, increasing the content of particles with a desired size, increasing the crystallinity of the particles, suppressing diffusion to adjacent different materials, etc. It becomes possible.

一例において、スパッタリング法によって複数の粒子3を形成する第1工程と、スパッタリング法によって膜4を形成する第2工程と、を含む処理が複数回にわたって繰り返されうる。また、下地2をスパッタリング装置に搬入した後、下地2をスパッタリング装置から搬出することなく、該スパッタリング装置において、第1工程および第2工程を含む処理の繰り返しが実行されうる。例えば、下地2がスパッタリング装置の1つの処理チャンバーの中に配置された後、下地2が該処理チャンバーから取り出されることなく、第1工程および第2工程を含む処理の繰り返しが実行されうる。あるいは、スパッタリング装置が複数の処理チャンバーを含む真空系を有する場合、下地2がスパッタリング装置の該真空系に搬入された後、下地2が該真空系から取り出されることなく、第1工程および第2工程を含む処理の繰り返しが実行されうる。 In one example, a process including a first step of forming a plurality of particles 3 by sputtering and a second step of forming film 4 by sputtering can be repeated multiple times. In addition, after the underlayer 2 is carried into the sputtering apparatus, the processes including the first step and the second step can be repeated in the sputtering apparatus without unloading the underlayer 2 from the sputtering apparatus. For example, after substrate 2 has been placed in one process chamber of a sputtering apparatus, repetition of the process including the first and second steps can be performed without substrate 2 being removed from the process chamber. Alternatively, if the sputtering apparatus has a vacuum system that includes multiple process chambers, the first step and the second step can be performed without the substrate 2 being removed from the vacuum system after the substrate 2 has been loaded into the vacuum system of the sputtering apparatus. Repetition of the process, including the steps, may be performed.

上記の例において、第1工程は、チャンバー内の圧力が0.02Pa~5Paの範囲内の圧力に維持され、水素吸蔵金属元素を含む粒子3の構成材料からなるターゲットに0.05kW~5kWの範囲内の直流電力が印加され、チャンバーにはスパッタリングガスとして不活性ガスが供給されうる。ターゲットは、水素吸蔵金属および水素吸蔵合金の少なくとも1つを含む。ターゲットは、純金属であっても、合金であってもよい。ターゲットは、例えば第1実施形態の冒頭において粒子3を構成する材料として列挙した水素吸蔵金属および水素吸蔵合金の少なくとも1つを含む。これにより相互に離隔して位置する複数の粒子3が形成されうる。また、第2工程では、チャンバー内の圧力が0.02Pa~5Paの範囲内の圧力に維持され、膜4の構成材料からなるターゲットに0.1kW~2kWの範囲内の電力が印加され、チャンバーには不活性ガスが供給されうる。 In the above example, in the first step, the pressure in the chamber is maintained within the range of 0.02 Pa to 5 Pa, and 0.05 kW to 5 kW is applied to the target made of the constituent material of the particles 3 containing the hydrogen-absorbing metal element. DC power in the range is applied and the chamber can be supplied with an inert gas as the sputtering gas. The target contains at least one of a hydrogen storage metal and a hydrogen storage alloy. The target may be a pure metal or an alloy. The target includes, for example, at least one of the hydrogen-absorbing metals and hydrogen-absorbing alloys listed as the material for forming the particles 3 at the beginning of the first embodiment. A plurality of particles 3 which are spaced apart from one another can thereby be formed. Further, in the second step, the pressure in the chamber is maintained within the range of 0.02 Pa to 5 Pa, power within the range of 0.1 kW to 2 kW is applied to the target made of the constituent material of the film 4, and the chamber is can be supplied with an inert gas.

[実施例]
粒子3としてCu粒子を形成し、膜4としてMgO膜を形成する実施例を説明する。本実施例では、凝集抑制効果を検証するにあたり、比較的凝集しやすい金属であり、かつ水素吸蔵合金の構成要素となりうるCuを粒子3の構成元素として選択した。
[Example]
An example in which Cu particles are formed as the particles 3 and an MgO film is formed as the film 4 will be described. In this example, Cu, which is a metal that tends to aggregate relatively easily and can be a constituent element of a hydrogen-absorbing alloy, was selected as a constituent element of the particles 3 in order to verify the aggregation suppression effect.

熱酸化によってSiO膜が表面上に形成されたSi基板(下地)を準備し、以下の第1工程および第2工程を交互にそれぞれ10回にわたって繰り返し、その後に以下の第3工程においてCu膜を形成することによって構造体1を完成させた。スパッタリング装置には、CuターゲットおよびMgOターゲットを装着し、下地をチャンバーから取り出すことなく、下地に対して、10回にわたって、第1工程および第2工程を含む処理を繰り返した。
(第1工程)
第1工程では、チャンバー内の圧力を0.02Paに維持し、Cuターゲットに0.1kWの直流電力を供給し、スパッタガスとしてアルゴンガスを使用した。
(第2工程)
第2工程では、チャンバー内の圧力を0.05Paに維持し、MgOターゲットに1.1kWの高周波電力を供給し、スパッタガスとしてアルゴンガスを使用した。
(第3工程)
第3工程では、チャンバー内の圧力を0.02Paに維持し、Cuターゲットに0.1kWの直流電力を供給し、スパッタガスとしてアルゴンガスを使用した。
A Si substrate (backing) having a SiO 2 film formed on the surface by thermal oxidation is prepared, and the following first and second steps are alternately repeated 10 times each, and then the Cu film is formed in the following third step. Structure 1 was completed by forming A Cu target and an MgO target were attached to the sputtering apparatus, and the treatment including the first step and the second step was repeated 10 times on the underlayer without removing the underlayer from the chamber.
(First step)
In the first step, the pressure in the chamber was maintained at 0.02 Pa, DC power of 0.1 kW was supplied to the Cu target, and argon gas was used as the sputtering gas.
(Second step)
In the second step, the pressure in the chamber was maintained at 0.05 Pa, high frequency power of 1.1 kW was supplied to the MgO target, and argon gas was used as the sputtering gas.
(Third step)
In the third step, the pressure in the chamber was maintained at 0.02 Pa, DC power of 0.1 kW was supplied to the Cu target, and argon gas was used as the sputtering gas.

図4Aは、上記の実施例によって形成された構造体1の断面のTEM画像であり、図4Bは、図4Aの一部の拡大図である。図5Aは、上記の実施例によって形成された構造体1に対して400℃、10時間の熱処理を行った後の構造体1’の断面のTEM画像であり、図5Bは、図5Aの一部の拡大図である。図6Aは、図4Aの構造体1のEDX分析の結果であり、図6Bは、図5Aの構造体1’のEDX分析の結果である。図6A、6Bにおいて、横軸は、構造体1、1’の表面からの距離を示し、縦軸は、X線の検出強度を示している。なお、構造体1’は、水素を吸蔵して発熱した後の構造体1の状態を推定するためのサンプルである。 FIG. 4A is a cross-sectional TEM image of structure 1 formed according to the above example, and FIG. 4B is an enlarged view of a portion of FIG. 4A. FIG. 5A is a TEM image of a cross section of structure 1′ after heat treatment at 400° C. for 10 hours on structure 1 formed according to the above example, and FIG. 5B is a TEM image of FIG. 2 is an enlarged view of the part; FIG. FIG. 6A is the result of EDX analysis of structure 1 of FIG. 4A, and FIG. 6B is the result of EDX analysis of structure 1' of FIG. 5A. 6A and 6B, the horizontal axis indicates the distance from the surface of the structures 1 and 1', and the vertical axis indicates the X-ray detection intensity. The structure 1' is a sample for estimating the state of the structure 1 after absorbing hydrogen and generating heat.

構造体1に関する図6Aにおいて、Cu元素を示すピークとピークとの間に、Mg元素およびO元素を示すピークがあり、Mg元素を示すピークの位置とO元素を示すピークの位置とが一致している。このことから、Cu粒子とMgO膜とが交互に存在していることが分かる。また、構造体1に関する図4Bから、寸法が約5nmに制御されたCu粒子がMgO膜によって取り囲まれていることが分かる。 In FIG. 6A relating to Structure 1, peaks indicating Mg element and O element are present between peaks indicating Cu element, and the position of the peak indicating Mg element and the position of the peak indicating O element coincide. ing. From this, it can be seen that Cu particles and MgO films are alternately present. Also, from FIG. 4B for structure 1, it can be seen that the Cu particles whose size is controlled to about 5 nm are surrounded by the MgO film.

構造体1を加熱した後の構造体1’に関する図6Bにおいて、図6Aと同様に、Cu元素を示すピークとピークとの間に、Mg元素およびO元素を示すピークがあり、Mg元素を示すピークの位置とO元素を示すピークの位置とが一致している。このことから、加熱後においても、Cu粒子とMgO膜とが交互に存在し、Cu粒子が元の配置を維持していることが分かる。また、構造体1’に関する図5Bから、加熱後においても、Cu粒子がMgO膜によって取り囲まれており、Cu粒子の寸法は約5nmで、加熱前の寸法を維持していることが分かる。また図5Aおよび図5Bから、MgOによって取り囲まれていない最表面のCuは、加熱によって凝集したことが読み取れる。 In FIG. 6B regarding the structure 1′ after heating the structure 1, as in FIG. 6A, there are peaks indicating Mg element and O element between peaks indicating Cu element, indicating Mg element. The position of the peak and the position of the peak indicating the O element match. From this, it can be seen that even after heating, the Cu particles and the MgO film are alternately present, and the original arrangement of the Cu particles is maintained. Further, from FIG. 5B regarding the structure 1 ′, it can be seen that even after heating, the Cu particles are surrounded by the MgO film, and the size of the Cu particles is about 5 nm, maintaining the size before heating. Also, from FIGS. 5A and 5B, it can be read that Cu on the outermost surface, which is not surrounded by MgO, agglomerates by heating.

[第2実施形態]
以下、図7を参照しながら本発明の第2実施形態を説明する。なお、第2実施形態として言及しない事項は、第1実施形態に従いうる。第2実施形態の構造体1において、不活性ガス7は、膜4(固定部材10)に存在している。例えば、膜4における不活性ガス7の含有率は、例えば0.5原子%以上である。膜4は、複数の微結晶を含みうる。不活性ガス7は、例えば、該複数の微結晶の粒界に存在する。膜4の粒界に不活性ガスを積極的に取り込むことによって、粒界を通じて空気中の水分が構造体1の内部に侵入し、粒子3を酸化して、水素吸蔵能力を低下させることを抑制することができる。
[Second embodiment]
A second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. Matters not mentioned in the second embodiment can follow the first embodiment. In the structure 1 of the second embodiment, the inert gas 7 exists in the film 4 (fixing member 10). For example, the content of the inert gas 7 in the film 4 is, for example, 0.5 atomic % or more. Membrane 4 may include a plurality of crystallites. The inert gas 7 exists, for example, at grain boundaries of the plurality of microcrystals. By positively introducing an inert gas into the grain boundaries of the film 4, it is possible to prevent moisture in the air from penetrating into the structure 1 through the grain boundaries, oxidizing the particles 3, and reducing the hydrogen storage capacity. can do.

また、粒界に取り込んだ不活性ガス7を除去すると、通路(空間)を発生させることができる。この通路は、構造体1に水素を吸蔵させる際、水素の通り道として機能しうる。そこで、膜4に不活性ガス7を積極的に取り込ませ、膜4における粒界の数を増加させるほど、水素は構造体1の内部にまで到達しやすくなり、水素吸蔵能力を向上させることができる。 Further, passages (spaces) can be generated by removing the inert gas 7 taken into the grain boundaries. This passage can function as a passage for hydrogen when hydrogen is absorbed in the structure 1 . Therefore, as the inert gas 7 is actively taken into the film 4 and the number of grain boundaries in the film 4 is increased, hydrogen can reach the inside of the structure 1 more easily, and the hydrogen storage capacity can be improved. can.

これらの理由から、構造体1に取り込まれた不活性ガス7は、構造体1(粒子3)に水素を吸蔵させる直前に除去されることが好ましい。不活性ガス7の除去は、例えば、構造体1を加熱することによってなされうる。 For these reasons, the inert gas 7 taken into the structure 1 is preferably removed immediately before allowing the structure 1 (particles 3) to occlude hydrogen. Removal of the inert gas 7 can be done, for example, by heating the structure 1 .

第2実施形態の構造体1の製造方法は、各々が水素吸蔵金属元素を含む複数の粒子3を互いに離隔するように形成する第1工程と、複数の粒子3を覆うように膜4を形成する第2工程とを含みうる。特に、第2の工程における圧力、放電電圧などの成膜条件を調節することによって、膜4の粒界に不活性ガス原子を積極的に取り込むことが可能となる。ここで、第1工程および第2工程を含む処理を複数回にわたって実施することによって、図7に例示されるように、下地2の表面からの距離が互いに異なる複数の粒子3を有する構造体1を得ることができる。1つの例において、第1工程では、スパッタリング法によって複数の粒子3が形成され、第2工程では、スパッタリング法によって膜4が形成されうる。他の例では、第1工程および第2工程の少なくも一方は、スパッタリング法以外の堆積方法(例えば、CVD法、ALD法、真空蒸着法、プラズマスプレー法)で実施されうる。 The method of manufacturing the structure 1 of the second embodiment includes a first step of forming a plurality of particles 3 each containing a hydrogen-absorbing metal element so as to be separated from each other, and forming a film 4 so as to cover the plurality of particles 3. and a second step of In particular, by adjusting film formation conditions such as pressure and discharge voltage in the second step, it becomes possible to positively incorporate inert gas atoms into the grain boundaries of the film 4 . Here, by performing the treatment including the first step and the second step a plurality of times, as illustrated in FIG. can be obtained. In one example, in a first step the plurality of particles 3 may be formed by a sputtering method and in a second step the film 4 may be formed by a sputtering method. In other examples, at least one of the first and second steps can be performed by a deposition method other than sputtering (eg, CVD, ALD, vacuum deposition, plasma spray).

一例において、スパッタリング法によって複数の粒子3を形成する第1工程と、スパッタリング法によって膜4を形成する第2工程と、を含む処理が複数回にわたって繰り返されうる。また、下地2をスパッタリング装置に搬入した後、下地2をスパッタリング装置から搬出することなく、該スパッタリング装置において、第1工程および第2工程を含む処理の繰り返しが実行されうる。例えば、下地2がスパッタリング装置の1つの処理チャンバーの中に配置された後、下地2が該処理チャンバーから取り出されることなく、第1工程および第2工程を含む処理の繰り返しが実行されうる。あるいは、スパッタリング装置が複数の処理チャンバーを含む真空系を有する場合、下地2がスパッタリング装置の該真空系に搬入された後、下地2が該真空系から取り出されることなく、第1工程および第2工程を含む処理の繰り返しが実行されうる。 In one example, a process including a first step of forming a plurality of particles 3 by sputtering and a second step of forming film 4 by sputtering can be repeated multiple times. In addition, after the underlayer 2 is carried into the sputtering apparatus, the processes including the first step and the second step can be repeated in the sputtering apparatus without unloading the underlayer 2 from the sputtering apparatus. For example, after substrate 2 has been placed in one process chamber of a sputtering apparatus, repetition of the process including the first and second steps can be performed without substrate 2 being removed from the process chamber. Alternatively, if the sputtering apparatus has a vacuum system that includes multiple process chambers, the first step and the second step can be performed without the substrate 2 being removed from the vacuum system after the substrate 2 has been loaded into the vacuum system of the sputtering apparatus. Repetition of the process, including the steps, may be performed.

上記の例において、第1工程は、チャンバー内の圧力が0.02Pa~5Paの範囲内の圧力に維持され、水素吸蔵金属元素を含む粒子3の構成材料からなるターゲットに0.05kW~5kWの範囲内の直流電力が印加され、チャンバーにはスパッタリングガスとして不活性ガスが供給されうる。これにより相互に離隔した複数の粒子3が形成されうる。また、第2工程では、チャンバー内の圧力は、膜4の材料などによって異なるため一律に規定することはできないが、プラズマが発生する圧力範囲内で低いほうが望ましく、例えば0.02Pa~5Paの範囲内の圧力に維持される。これは、ターゲットに衝突して反射したスパッタリングガス原子(不活性ガス原子)が、膜形成対象(下地2)に到達する前に原子やイオンに衝突することなく、即ち、保有しているエネルギーをなるべく失わずに、膜形成対象に到達したほうが、膜4(固定部材10)の表面から内部に打ち込まれやすくなり、膜4(固定部材10)におけるスパッタリングガス(不活性ガス7)の含有量を高めることができるためである。 In the above example, in the first step, the pressure in the chamber is maintained within the range of 0.02 Pa to 5 Pa, and 0.05 kW to 5 kW is applied to the target made of the constituent material of the particles 3 containing the hydrogen-absorbing metal element. DC power in the range is applied and the chamber can be supplied with an inert gas as the sputtering gas. A plurality of particles 3 spaced apart from each other can thereby be formed. In the second step, the pressure in the chamber varies depending on the material of the film 4, etc., and cannot be uniformly defined, but it is preferably low within the pressure range in which plasma is generated, for example, in the range of 0.02 Pa to 5 Pa. maintained at internal pressure. This is because the sputtering gas atoms (inert gas atoms) collided with and reflected by the target do not collide with atoms or ions before reaching the target for film formation (backing layer 2), that is, the retained energy is It is easier for the film 4 (fixed member 10) to be driven into the film 4 (fixed member 10) from the surface of the film 4 (fixed member 10) when it reaches the film formation target without losing it as much as possible. This is because it can be increased.

また、膜4の構成材料からなるターゲットに発生させる電圧(例えば高周波放電の場合にはセルフバイアス電圧)は、スパッタリング条件とスパッタリング空間構造が同一の場合には使用するターゲット材料に固有の電圧であり、スパッタに必要なエネルギー以上のエネルギーに相当する電圧でありうる。スパッタに必要なエネルギーに対して余剰となるエネルギーが大きいほど、ターゲットにて反射したスパッタリングガス原子(不活性ガス原子)の膜形成対象への入射エネルギーが大きくなり、膜4にスパッタリングガス原子(不活性ガス原子)が打ち込まれやすくなる。例えば、-100V~-500Vの範囲内のセルフバイアス電圧が膜4の構成材料からなるターゲットに発生するように供給電力が調整されうる。 In addition, the voltage generated in the target made of the constituent material of the film 4 (for example, self-bias voltage in the case of high-frequency discharge) is a voltage specific to the target material used when the sputtering conditions and the sputtering spatial structure are the same. , a voltage corresponding to an energy greater than or equal to that required for sputtering. The greater the excess energy with respect to the energy required for sputtering, the greater the incident energy of the sputtering gas atoms (inert gas atoms) reflected by the target to the film formation object, and the more the sputtering gas atoms (inert gas atoms) are deposited on the film 4. active gas atoms) are easily implanted. For example, the supplied power can be adjusted so that a self-bias voltage within the range of -100 V to -500 V is generated in the target made of the material of which the film 4 is made.

[第3実施形態]
以下、図8を参照しながら本発明の第3実施形態を説明する。なお、第3実施形態として言及しない事項は、第1又は第2実施形態に従いうる。第3実施形態の構造体1は、膜4(固定部材10)を覆うように被覆膜8を有し、被覆膜8が不活性ガス7を含有する。被覆膜8における不活性ガス7の含有率は、例えば、0.5原子%以上である。この例では、被覆膜8における不活性ガス7の含有率は、膜4(固定部材10)における不活性ガス7の含有率よりも大きい。
[Third embodiment]
A third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. Matters not mentioned in the third embodiment can follow the first or second embodiment. The structure 1 of the third embodiment has a coating film 8 so as to cover the film 4 (fixing member 10 ), and the coating film 8 contains the inert gas 7 . The content of the inert gas 7 in the coating film 8 is, for example, 0.5 atomic % or more. In this example, the content of inert gas 7 in coating film 8 is greater than the content of inert gas 7 in film 4 (fixing member 10).

被覆膜8は、不活性ガス7を積極的に取り込むことを目的として設けられた膜である。そのため、被覆膜8を構成する元素および被覆膜8の成膜条件は、膜中に不活性ガス7を取り込むことを最優先に考えて設定することができる。被覆膜8の粒界に不活性ガスを積極的に取り込むことによって、粒界を通じて空気中の水分が構造体1の内部に侵入し、粒子3を酸化して、水素吸蔵能力を低下させることを抑制することができる。 The coating film 8 is a film provided for the purpose of positively taking in the inert gas 7 . Therefore, the elements forming the coating film 8 and the conditions for forming the coating film 8 can be set with the highest priority given to taking the inert gas 7 into the film. By actively taking inert gas into the grain boundaries of the coating film 8, moisture in the air penetrates into the structure 1 through the grain boundaries, oxidizes the particles 3, and reduces the hydrogen storage capacity. can be suppressed.

また、粒界に取り込んだ不活性ガス7を除去すると、通路(空間)を発生させることができる。この通路は、構造体1に水素を吸蔵させる際、水素の通り道として機能しうる。そこで、被覆膜8に不活性ガス7を積極的に取り込ませ、被覆膜8における粒界の数を増加させるほど、水素は構造体1の内部にまで到達しやすくなり、水素吸蔵能力を向上させることができる。 これらの理由から、第2実施形態と同様に、不活性ガス7は、構造体1(粒子3)に水素を吸蔵させる直前に除去されることが好ましい。不活性ガス7の除去は、例えば、構造体1を加熱することによってなされうる。 Further, passages (spaces) can be generated by removing the inert gas 7 taken into the grain boundaries. This passage can function as a passage for hydrogen when hydrogen is absorbed in the structure 1 . Therefore, as the coating film 8 is allowed to actively incorporate the inert gas 7 and the number of grain boundaries in the coating film 8 is increased, hydrogen is more likely to reach the inside of the structure 1, thereby increasing the hydrogen storage capacity. can be improved. For these reasons, as in the second embodiment, the inert gas 7 is preferably removed immediately before allowing the structure 1 (particles 3) to occlude hydrogen. Removal of the inert gas 7 can be done, for example, by heating the structure 1 .

被覆膜8は、原子量の大きな元素を含む材料であることが好ましい。言い換えると、被覆膜8を成膜するためのターゲットは、原子量の大きな元素を含む材料であることが好ましい。これは、以下の理由からである。一般的に、スパッタリングガス(即ち、不活性ガス7)のイオンはターゲット表面で加速され、ターゲットに衝突してターゲットを構成する原子をはじき出すと共に、一部のイオンは原子となり、まだある程度のエネルギーを保持したまま反射する。そこで、原子量の大きい元素を含有するターゲットを用いることによって、反射したスパッタリングガス原子が保有するエネルギーを大きくし、被覆膜8に打ち込まれやすくすることができる。言い換えると、膜4(固定部材10)の原子量または分子量よりも大きな原子量または分子量を有する被覆膜8を構造体1に設けることによって、構造体1に取り込まれるスパッタリングガス(不活性ガス)の量をより多くすることができる。構造体1における不活性ガスの含有率の増加は、先に記載したように、粒子3の酸化抑制および水素を通過させるための空間の増加を可能にし、その結果、水素吸蔵能力の向上をもたらす。 Coating film 8 is preferably made of a material containing an element having a large atomic weight. In other words, the target for forming the coating film 8 is preferably a material containing an element with a large atomic weight. This is for the following reasons. In general, ions of the sputtering gas (that is, the inert gas 7) are accelerated on the surface of the target, collide with the target, eject atoms constituting the target, and some of the ions become atoms and still retain a certain amount of energy. Reflect while holding. Therefore, by using a target containing an element having a large atomic weight, it is possible to increase the energy possessed by the reflected sputtering gas atoms, making it easier for them to be implanted into the coating film 8 . In other words, the amount of sputtering gas (inert gas) taken into the structure 1 by providing the structure 1 with the coating film 8 having an atomic weight or molecular weight greater than that of the film 4 (fixing member 10) can be more. An increase in the inert gas content in the structure 1 enables suppression of oxidation of the particles 3 and an increase in the space for hydrogen to pass, as described above, resulting in an improvement in the hydrogen storage capacity. .

尚、膜4(固定部材10)と同様の理由から、被覆膜8は、高融点材料で構成される。被覆膜8が溶融して粒子3や膜4と合金を形成すると、粒子3の水素吸蔵能力が低下してしまうため、被覆膜8には粒子3が水素を吸蔵して発生した熱によって溶融しない程度の耐熱性が必要とされる。この耐熱性は、粒子3の材料や粒子3の構造体1における密度、水素同位体ガス圧力等に依存するため、被覆膜8の材料は、使用環境に応じて適宜選択することが望ましい。被覆膜8は、例えば、融点が1400℃以上の材料で構成されうる。被覆膜8は、膜4を構成する材料と同じ材料で構成されてもよいし、他の材料で構成されてもよい。被覆膜8は、複数の微結晶を含みうるが、非晶質であってもよい。被覆膜8は、例えば、酸化物(例えば、MgO、ZrO、ZrO・Y、CaO、SiOおよびAlの少なくとも1つ)および窒化物(例えば、SiおよびAlNの少なくとも1つ)の少なくとも1つを含みうる。 For the same reason as the film 4 (fixing member 10), the coating film 8 is made of a material with a high melting point. When the coating film 8 melts and forms an alloy with the particles 3 and the film 4, the hydrogen absorption capacity of the particles 3 decreases. Heat resistance to the extent that it does not melt is required. Since this heat resistance depends on the material of the particles 3, the density of the particles 3 in the structure 1, the pressure of the hydrogen isotope gas, etc., it is desirable to appropriately select the material of the coating film 8 according to the usage environment. The coating film 8 can be made of, for example, a material with a melting point of 1400° C. or higher. The coating film 8 may be made of the same material as the material forming the film 4, or may be made of another material. Coating film 8 may contain a plurality of crystallites, but may be amorphous. The coating film 8 is, for example, an oxide (for example, at least one of MgO, ZrO 2 , ZrO 2 .Y 2 O 3 , CaO, SiO 2 and Al 2 O 3 ) and a nitride (for example, Si 3 N 4 and at least one of AlN).

第3実施形態の構造体1の製造方法は、各々が水素吸蔵金属元素を含む複数の粒子3を互いに離隔するように形成する第1工程と、複数の粒子3を覆うように膜4を形成する第2工程とを含みうる。ここで、第1工程および第2工程を含む処理を複数回にわたって実施し、その後に第3工程を実施することによって、図8に例示されるように、下地2の表面からの距離が互いに異なる複数の粒子3を有する構造体1を得ることができる。1つの例において、第1工程では、スパッタリング法によって複数の粒子3が形成され、第2工程では、スパッタリング法によって膜4が形成され、第3工程では、スパッタリング法によって被覆膜8が形成されうる。他の例では、第1工程、第2工程および第3工程の少なくも1つは、スパッタリング法以外の堆積方法(例えば、CVD法、ALD法、真空蒸着法、プラズマスプレー法)で実施されうる。 The method for manufacturing the structure 1 of the third embodiment includes a first step of forming a plurality of particles 3 each containing a hydrogen-absorbing metal element so as to be separated from each other, and forming a film 4 so as to cover the plurality of particles 3. and a second step of Here, by performing the treatment including the first step and the second step a plurality of times and then performing the third step, the distances from the surface of the base 2 are different from each other, as illustrated in FIG. A structure 1 having a plurality of particles 3 can be obtained. In one example, in a first step a plurality of particles 3 are formed by a sputtering method, in a second step a film 4 is formed by a sputtering method, and in a third step a coating film 8 is formed by a sputtering method. sell. In other examples, at least one of the first, second, and third steps can be performed by a deposition method other than sputtering (e.g., CVD, ALD, vacuum deposition, plasma spray). .

一例において、第1工程、その後の第2工程、その後の第3工程を1つのサイクルとして、このサイクルが複数回にわたって繰り返されうる。別の例においては、第1工程、その後の第2工程、その後の第3工程、その後の第2工程を1つのサイクルとして、このサイクルが複数回にわたって繰り返えされうる。また、下地2をスパッタリング装置に搬入した後、下地2をスパッタリング装置から搬出することなく、該スパッタリング装置において、第1工程、第2工程および第3工程を含む処理の繰り返しが実行されうる。あるいは、スパッタリング装置が複数の処理チャンバーを含む真空系を有する場合、下地2がスパッタリング装置の該真空系に搬入された後、下地2が該真空系から取り出されることなく、第1工程、第2工程および第3工程を含む処理の繰り返しが実行されうる。 In one example, the first step, followed by the second step, followed by the third step may constitute one cycle, and this cycle may be repeated multiple times. In another example, the first step, followed by the second step, followed by the third step, then followed by the second step are one cycle, and the cycle can be repeated multiple times. Further, after the underlayer 2 is carried into the sputtering apparatus, the processes including the first step, the second step and the third step can be repeated in the sputtering apparatus without unloading the underlayer 2 from the sputtering apparatus. Alternatively, if the sputtering apparatus has a vacuum system that includes a plurality of process chambers, after the substrate 2 is loaded into the vacuum system of the sputtering apparatus, the first step, the second step, and the second step are carried out without the substrate 2 being removed from the vacuum system. Repetition of the process including step and third step may be performed.

上記の例において、第1工程は、チャンバー内の圧力が0.02Pa~5Paの範囲内の圧力に維持され、水素吸蔵金属元素を含む粒子3の構成材料からなるターゲットに0.05kW~5kWの範囲内の直流電力が印加され、チャンバーにはスパッタリングガスとして不活性ガスが供給されうる。これにより相互に離隔した複数の粒子3が形成されうる。また、第2工程では、チャンバー内の圧力が0.02Pa~5Paの範囲内の圧力に維持され、膜4の構成材料からなるターゲットに0.1kW~2kWの範囲内の電力が印加され、チャンバーには不活性ガスが供給されうる。また、第3工程におけるチャンバー内の圧力はプラズマが発生する圧力範囲内で低いほうが望ましい。これは、ターゲットに衝突して反射したスパッタリングガス原子(不活性ガス原子)が、膜形成対象に到達する前に他の原子やイオンに衝突することなく、即ち、保有しているエネルギーをなるべく失わずに、膜形成対象に到達したほうが、被覆膜8の表面から内部に打ち込まれやすくなり、被覆膜8中のスパッタリングガス原子(不活性ガス原子)の濃度を高めることができるためである。第3工程におけるチャンバー内の圧力は、例えば、0.02Pa~5Paの範囲内の圧力に維持されるように不活性ガスが供給される。 In the above example, in the first step, the pressure in the chamber is maintained within the range of 0.02 Pa to 5 Pa, and 0.05 kW to 5 kW is applied to the target made of the constituent material of the particles 3 containing the hydrogen-absorbing metal element. DC power in the range is applied and the chamber can be supplied with an inert gas as the sputtering gas. A plurality of particles 3 spaced apart from each other can thereby be formed. Further, in the second step, the pressure in the chamber is maintained within the range of 0.02 Pa to 5 Pa, power within the range of 0.1 kW to 2 kW is applied to the target made of the constituent material of the film 4, and the chamber is can be supplied with an inert gas. Further, it is desirable that the pressure in the chamber in the third step be as low as possible within the pressure range in which plasma is generated. This is because the sputtering gas atoms (inert gas atoms) collided with and reflected by the target do not collide with other atoms or ions before reaching the film formation target, that is, lose their energy as much as possible. This is because, if the atoms reach the target film formation target without being . Inert gas is supplied so that the pressure in the chamber in the third step is maintained within the range of 0.02 Pa to 5 Pa, for example.

また、被覆膜8の構成材料からなるターゲットに発生させる電圧は、使用するターケット材料に固有の電圧であり、スパッタに必要なエネルギー以上のエネルギーに相当する電圧でありうる。これは、スパッタに必要なエネルギーに対して余剰となるエネルギーが大きいほど、ターゲットにて反射したスパッタリングガス原子(不活性ガス原子)の膜形成対象への入射エネルギーが大きくなり、被覆膜8にスパッタリングガス原子(不活性ガス原子)が取り込まれやすくなるためである。例えば、-100V~-500Vの範囲内のセルフバイアス電圧が被覆膜8の構成材料からなるターゲットに発生するように供給電力が調整されうる。 Moreover, the voltage generated in the target made of the constituent material of the coating film 8 is a voltage unique to the target material used, and can be a voltage corresponding to energy higher than the energy required for sputtering. This is because the larger the excess energy with respect to the energy required for sputtering, the greater the incident energy of the sputtering gas atoms (inert gas atoms) reflected by the target toward the film formation object, and the coating film 8 This is because sputtering gas atoms (inert gas atoms) are easily taken in. For example, the power supply can be adjusted so that a self-bias voltage within the range of -100 V to -500 V is generated in the target made of the constituent material of the coating film 8 .

Claims (5)

各々が水素吸蔵金属元素を含む複数の粒子が相互に離隔されるように固定部材の中に配置された構造体であって、 A structure in which a plurality of particles each containing a hydrogen-absorbing metal element are arranged in a fixing member so as to be separated from each other,
前記複数の粒子の各々の表面の全体が前記固定部材によって取り囲まれ、 the entire surface of each of the plurality of particles is surrounded by the fixing member;
前記固定部材が酸化物および窒化物の少なくとも1つを含み、 the fixing member comprises at least one of an oxide and a nitride;
前記固定部材は、下地と、前記下地の表面の上に配置された膜とを含み、 the fixing member includes a substrate and a film disposed on the surface of the substrate;
前記複数の粒子は、前記下地の前記表面の上に配置され前記下地の前記表面からの距離が互いに異なる2以上の粒子を含み、 The plurality of particles includes two or more particles arranged on the surface of the base and having different distances from the surface of the base,
前記膜は前記複数の粒子の各々の表面の全体と接している、ことを特徴とする構造体。 A structure, wherein the film is in contact with the entire surface of each of the plurality of particles.
各々が水素吸蔵金属元素を含む複数の粒子が相互に離隔されるように固定部材の中に配置された構造体であって、 A structure in which a plurality of particles each containing a hydrogen-absorbing metal element are arranged in a fixing member so as to be separated from each other,
前記複数の粒子の各々の表面の全体が前記固定部材によって取り囲まれ、 the entire surface of each of the plurality of particles is surrounded by the fixing member;
前記固定部材が酸化物および窒化物の少なくとも1つを含み、 the fixing member comprises at least one of an oxide and a nitride;
前記固定部材は、下地と、前記下地の表面の上に配置された膜とを含み、 the fixing member includes a substrate and a film disposed on the surface of the substrate;
前記複数の粒子は、前記下地の前記表面の上に配置され前記下地の前記表面からの距離が互いに異なる2以上の粒子を含み、 The plurality of particles includes two or more particles arranged on the surface of the base and having different distances from the surface of the base,
前記複数の粒子の各々における前記下地の表面からの距離が1nm以上かつ10nm以下の範囲である、 The distance from the surface of the base in each of the plurality of particles is in the range of 1 nm or more and 10 nm or less.
ことを特徴とする構造体。 A structure characterized by
各々が水素吸蔵金属元素を含む複数の粒子が相互に離隔されるように固定部材の中に配置された構造体であって、 A structure in which a plurality of particles each containing a hydrogen-absorbing metal element are arranged in a fixing member so as to be separated from each other,
前記複数の粒子の各々の表面の全体が前記固定部材によって取り囲まれ、 the entire surface of each of the plurality of particles is surrounded by the fixing member;
前記固定部材が酸化物および窒化物の少なくとも1つを含み、 the fixing member comprises at least one of an oxide and a nitride;
前記固定部材は、下地と、前記下地の表面の上に配置された膜とを含み、 the fixing member includes a substrate and a film disposed on the surface of the substrate;
前記複数の粒子は、前記下地の前記表面の上に配置され前記下地の前記表面からの距離が互いに異なる2以上の粒子を含み、 The plurality of particles includes two or more particles arranged on the surface of the base and having different distances from the surface of the base,
前記複数の粒子が、400℃、10時間の熱処理後も相互に離隔されている、 the plurality of particles are separated from each other even after heat treatment at 400° C. for 10 hours;
ことを特徴とする構造体。 A structure characterized by
各々が水素吸蔵金属元素を含む複数の粒子が相互に離隔されるように固定部材の中に配置された構造体であって、 A structure in which a plurality of particles each containing a hydrogen-absorbing metal element are arranged in a fixing member so as to be separated from each other,
前記複数の粒子の各々の表面の全体が前記固定部材によって取り囲まれ、 the entire surface of each of the plurality of particles is surrounded by the fixing member;
前記固定部材がMgO、ZrO The fixing member is MgO, ZrO 2 、Y, Y 2 O. 3 、CaO、Al, CaO, Al 2 O. 3 、Si, Si 3 N. 4 およびAlNの少なくとも1つを含み、and at least one of AlN,
前記固定部材は、下地と、前記下地の表面の上に配置された膜とを含み、 the fixing member includes a substrate and a film disposed on the surface of the substrate;
前記複数の粒子は、前記下地の前記表面の上に配置され前記下地の前記表面からの距離が互いに異なる2以上の粒子を含む、 The plurality of particles includes two or more particles arranged on the surface of the base and having different distances from the surface of the base.
ことを特徴とする構造体。 A structure characterized by
各々が水素吸蔵金属元素を含む複数の粒子が相互に離隔されるように固定部材の中に配置された水素吸蔵構造体であって、 A hydrogen storage structure in which a plurality of particles each containing a hydrogen storage metal element are arranged in a stationary member so as to be spaced apart from each other,
前記複数の粒子の各々の表面の全体が前記固定部材によって取り囲まれ、 the entire surface of each of the plurality of particles is surrounded by the fixing member;
前記固定部材が酸化物および窒化物の少なくとも1つを含み、 the fixing member comprises at least one of an oxide and a nitride;
前記固定部材は、下地と、前記下地の表面の上に配置された膜とを含む、 The fixing member includes an underlayer and a film disposed on the surface of the underlayer,
ことを特徴とする水素吸蔵構造体。 A hydrogen storage structure characterized by:
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