JP4711614B2 - Method and apparatus for producing endohedral fullerene - Google Patents
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Description
本発明は、内包フラーレンの製造方法及び製造装置に関する。 The present invention relates to an endohedral fullerene production method and apparatus.
この技術は、真空容器内において、内包対象原子のプラズマ流に、フラーレンを噴射し、プラズマ流の下流に配置したプレートに内包フラーレンを堆積させることにより内包フラーレンを製造するものである。 In this technique, an endohedral fullerene is produced by injecting fullerene into a plasma flow of atoms to be encapsulated in a vacuum vessel and depositing the endohedral fullerene on a plate disposed downstream of the plasma flow.
このような技術によれば、低温において、収率よく内包フラーレンを製造することが可能となる。 According to such a technique, it is possible to produce an endohedral fullerene at a low temperature and with a high yield.
しかしながら、このような技術においては、プレートの中心部においては内包率が良くないという問題点を有している。すなわち、内包フラーレンはほとんどプラズマ流の半径方向外側の部分に堆積しており、プラズマ流の半径方向内側には内包フラーレンはほとんど堆積しないという問題点を有している。 However, such a technique has a problem that the inclusion rate is not good at the center of the plate. That is, there is a problem that the endohedral fullerene is almost deposited on the radially outer portion of the plasma flow, and the endohedral fullerene is hardly deposited on the radially inner side of the plasma flow.
一方、近時、内包フラーレンの各種有用性が着目され、より収率性良く内包フラーレンを製造することが可能な技術が望まれている。 On the other hand , recently, attention has been paid to various usefulness of endohedral fullerene, and a technique capable of producing endohedral fullerene with higher yield is desired.
本発明は、より収率性よく内包フラーレンを製造することが可能な内包フラーレンの製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the manufacturing method and manufacturing apparatus of endohedral fullerene which can manufacture endohedral fullerene with more yield property.
本発明の内包フラーレンの製造方法は、真空容器内において、ホットプレートに向けて内包対象原子を導入することにより該内包対象原子のプラズマ流を形成し、該プラズマ流にフラーレンを導入し、前記プラズマ流の下流に配置した堆積プレートにバイアス電圧を印加しながら内包フラーレンを堆積させる内包フラーレンの製造方法において、前記堆積プレートを同心円状に分割した複数の分割プレートから構成すると共に、該分割プレートのうちの中心部のプレートに−2V<Δφ ap <+20Vのバイアス電圧Δφ ap を印加し、前記フラーレンを前記プラズマ流の流出方向に沿って導入することを要旨とする。 The method for producing an endohedral fullerene according to the present invention includes forming a plasma flow of atoms to be encapsulated by introducing atoms to be encapsulated toward a hot plate in a vacuum vessel, introducing fullerene into the plasma flow, and In a method for producing an endohedral fullerene in which an endohedral fullerene is deposited while applying a bias voltage to a deposition plate disposed downstream of the flow, the deposition plate is composed of a plurality of division plates divided concentrically, and of the division plates The gist is to apply a bias voltage Δφ ap of −2 V <Δφ ap <+20 V to the central plate of the plate and introduce the fullerene along the outflow direction of the plasma flow.
本発明の内包フラーレンの製造方法は、前記ホットプレートの半径をRとして、前記分割プレートの中心部のプレートの半径をR+5mm以下としたことを要旨とする。 Method for producing endohedral fullerenes of the present invention, the radius of the hot plate as R, the radius of the plate in the center of the split plate and gist that the following R + 5 mm.
本発明の内包フラーレンの製造方法は、前記堆積プレート手前に前記プラズマ流中におけるフラーレンイオンと内包対象原子イオンの分布を測定するための測定手段を設け、該測定手段からの測定信号に基づいて前記分割プレートのプレート毎に任意のバイアス電圧を印加することを要旨とする。 Method for producing endohedral fullerenes of the present invention, the measuring means for measuring the distribution of fullerene ions contained target atom ions in the plasma stream into the deposition plate before provided, on the basis of the measurement signal from the measuring means and gist applying any bias voltage per plate divided plate.
本発明の内包フラーレンの製造方法は、前記ホットプレートの半径をRとして、前記プラズマ流の途中に、R+5mm以上の内径を有する筒を設け、前記プラズマ流に沿うように前記筒の外周からフラーレンを導入することを要旨とする。 In the method for producing an endohedral fullerene according to the present invention, a radius of the hot plate is set as R, a cylinder having an inner diameter of R + 5 mm or more is provided in the middle of the plasma flow, and fullerene is disposed from the outer periphery of the cylinder along the plasma flow. The gist is to introduce.
本発明の内包フラーレンの製造方法は、前記内包対象原子がアルカリ金属原子であることを要旨とする。 The method for producing an endohedral fullerene according to the present invention is summarized in that the encapsulating target atom is an alkali metal atom.
本発明のフラーレンの製造装置は、真空容器と、内包対象原子のプラズマ流を形成するためのプラズマ流形成手段と、前記真空容器内に前記プラズマ流の流出方向に沿ってフラーレンを導入するための導入手段と、前記フラーレンの導入位置よりも前記プラズマ流の下流側に同心円状に分割して配置された複数の分割プレートを保持する保持手段と、前記各分割プレートのそれぞれに任意のバイアス電圧を印加するためのバイアス印加手段とを有することを要旨とする。 The fullerene production apparatus of the present invention includes a vacuum vessel, a plasma flow forming means for forming a plasma flow of atoms to be included, and a fullerene introduced into the vacuum vessel along the outflow direction of the plasma flow. Introducing means, holding means for holding a plurality of divided plates arranged concentrically downstream of the fullerene introduction position downstream of the plasma flow, and an arbitrary bias voltage for each of the divided plates And a bias applying means for applying.
本発明の内包フラーレンの製造装置は、前記バイアス印加手段は、前記各分割プレート毎に印加する電圧を独立して可変することを要旨とする。 A gist of the endohedral fullerene manufacturing apparatus of the present invention is that the bias applying means independently varies the voltage applied to each of the divided plates.
本発明の内包フラーレンの製造装置は、前記バイアス印加手段は、中心部に配置された分割プレートへ−2V<Δφap<+20Vのバイアス電圧Δφapを印加することを要旨とする。 The apparatus for producing an endohedral fullerene according to the present invention is characterized in that the bias applying means applies a bias voltage Δφ ap of −2 V <Δφ ap <+20 V to the divided plate disposed in the center.
本発明の内包フラーレンの製造装置は、前記プラズマ流形成手段の半径をRとして、前記分割プレートの中心部に配置されたものの半径をR+5mm以下としたことを要旨とする。 The gist of the endohedral fullerene production apparatus of the present invention is that the radius of the plasma flow forming means is R, and the radius of the central part of the divided plate is R + 5 mm or less.
本発明の内包フラーレンの製造装置は、前記分割プレートよりも上流側に前記プラズマ流中におけるフラーレンイオンと内包対象原子イオンの分布を測定するための測定手段が配置され、該測定手段からの信号に基づいて前記バイアス印加手段で印加する前記各分割プレートへ印加するバイアス電圧を独立して制御するようにしたことを要旨とする。 In the endohedral fullerene production apparatus of the present invention, measuring means for measuring the distribution of fullerene ions and encapsulating target atomic ions in the plasma flow is arranged upstream of the dividing plate, and a signal from the measuring means is received. The gist of the invention is that the bias voltage applied to each of the divided plates applied by the bias applying means is independently controlled.
本発明の内包フラーレンの製造装置は、前記プラズマ流形成手段の半径をRとして、前記プラズマ流の途中に内径がR+5mm以上の半径を有する筒が配置され、前記プラズマ流に沿うように前記筒の外周からフラーレンが導入されることを要旨とする。 In the endohedral fullerene production apparatus of the present invention, a tube having an inner diameter of R + 5 mm or more is disposed in the middle of the plasma flow, where R is the radius of the plasma flow forming means, and the tube is arranged so as to follow the plasma flow. The gist is that fullerene is introduced from the outer periphery.
本発明の内包フラーレンの製造装置は、前記筒の下流端から前記分割プレートまでの距離を前記筒の長さの2倍以上としたことを要旨とする。 The gist of the endohedral fullerene manufacturing apparatus of the present invention is that the distance from the downstream end of the cylinder to the dividing plate is set to be twice or more the length of the cylinder.
本発明の内包フラーレンの製造装置は、前記内包対象原子はアルカリ金属原子であることを要旨とする。 The gist of the endohedral fullerene production apparatus of the present invention is that the inclusion target atom is an alkali metal atom.
本発明の内包フラーレンの製造装置は、前記プラズマ流形成手段は、ホットプレートと、該ホットプレーに向けて前記内包対象原子を導入するためのノズルとを備えていることを要旨とする。 The apparatus for producing endohedral fullerene according to the present invention is characterized in that the plasma flow forming means includes a hot plate and a nozzle for introducing the encapsulating target atoms toward the hot play.
本発明の内包フラーレンの製造装置は、少なくとも前記筒の下流端よりも下流側に、前記真空容器の壁を冷却するための冷却手段を設けたことを要旨とする。 Apparatus for producing endohedral fullerenes of the present invention, at least downstream of the downstream end of said tube, and gist in that a cooling means order to cool the wall of the vacuum vessel.
本発明の内包フラーレンの製造方法によれば、ホットプレートに向けて内包対象原子を導入することにより真空容器内に内包対象原子のプラズマ流が形成され、プラズマ流の流出方向に沿って真空容器内にフラーレンが導入され、プラズマ流の下流に配置した堆積プレートにバイアス電圧を印加することによって内包フラーレンが堆積されることにより、ホットプレートの中心部においても内包フラーレンを得ることが可能となり、プラズマ流の流出方向に沿ってフラーレンを導入することと相俟って、内包フラーレンの収率性を大幅に向上させることができ、しかも、フラーレン導入位置からホットプレートまでの距離を短くすることが可能となり、装置全体の小型化に貢献することができる。 According to the method for producing an endohedral fullerene of the present invention, by introducing encapsulating target atoms toward the hot plate, a plasma flow of the encapsulating target atoms is formed in the vacuum vessel, and the inside of the vacuum vessel is aligned along the outflow direction of the plasma flow. The fullerene is introduced into the plasma plate, and the inclusion fullerene is deposited by applying a bias voltage to the deposition plate disposed downstream of the plasma flow, so that it is possible to obtain the inclusion fullerene even at the center of the hot plate. Combined with the introduction of fullerene along the outflow direction, the yield of endohedral fullerene can be greatly improved, and the distance from the fullerene introduction position to the hot plate can be shortened. This can contribute to the miniaturization of the entire apparatus.
図1に本発明の実施の形態に係る内包フラーレンの製造装置を示す。 FIG. 1 shows an endohedral fullerene production apparatus according to an embodiment of the present invention.
この装置は、真空容器1と、内包対象原子のプラズマ流2を形成するためのプラズマ流形成手段としてのホットプレート3と、内包対象原子オーブン4と、プラズマ流2の下流側に配置され且つ同心円状に分割された複数の分割プレート5a,5b,5c(図2参照)からなる内包フラーレン堆積プレート5を保持する保持手段6と、各分割プレート5a,5b,5cに任意のバイアス電圧を印加するためのバイアス印加手段7a,7b,7c(図2参照)と、内包フラーレン堆積プレート5よりも上流側でフラーレンを導入するためのフラーレン導入手段8とを有している。
This apparatus includes a
以下この装置を詳細に説明する。 This apparatus will be described in detail below.
本例においては、内包対象原子のプラズマ流の形成手段は、タングステン等のホットプレート3と、アルカリ金属(内包対象原子の例)の蒸発用オーブンとしての内包対象原子オーブン4とから構成されている。約2500℃に加熱されたホットプレート3に向けて内包対象原子オーブン4から内包対象原子であるアルカリを噴射すると、接触電離によってプラズマが生成される。この生成されたプラズマは電磁コイル11により形成された均一磁場(B=2〜7kG)に沿って真空容器1内の軸線方向に閉じ込められる。この際、ホットプレート3の直径がほぼプラズマ流2の直径となる。従って、プラズマ流2の径はホットプレート3の直径を変えることにより、装置の大きさなどに対応させて適宜の大きさに任意に選択することができる。
In this example, the means for forming the plasma flow of the inclusion target atoms includes a
なお、真空容器1の外周には冷却手段(図示せず)を設けている。この冷却手段により真空容器1の内壁が冷却され、真空容器1の内壁において中性ガス分子をトラップするようにしてある。中性ガス分子を内壁にトラップすることにより不純物を含まないプラズマが生成可能となり、内包フラーレン堆積プレート5上には純度の高い内包フラーレンを得ることが可能となる。特に、筒13を設けた場合はその筒13の下流側端から内包フラーレン堆積プレート5までの間の真空容器1の内壁を少なくとも冷却するようにすることが好ましい。真空容器1の内壁温度としては、室温以下とすることが好ましく、0℃以下とすることがより好ましい。かかる温度とすることにより中性分子のトラップが行われやすくなり、より高純度の内包フラーレンを得ることが可能となる。
A cooling means (not shown) is provided on the outer periphery of the
本例では、プラズマ流2の途中にプラズマ流2を覆うように、銅製の筒13を設けている。この筒13には孔が設けてあり、この孔からフラーレンをプラズマ流2に導入する。
その際、筒13は、400〜450℃に加熱される。筒13に導入された後にプラズマ中でイオン化されずに内面に付着したフラーレンは再昇華される。
In this example, a
At that time, the
筒13の内半径としては、ホットプレート3の半径をRとしたとき、R+5mm以上とすることが好ましい。筒13の内半径がR+5mm未満の場合には、プラズマ流2と筒13との相互作用が大きくなり、プラズマ保持が低下して内包フラーレンの収率が減少してしまう。また、筒13の内半径が大きすぎる場合には、装置全体が大型になってしまうばかりでなく、筒13によるプラズマの閉じ込め効果が小さくなるなどの問題が生じる。
従って、筒13の内半径は、好ましくはR+5cm以下とする。筒13の内半径がR+5cm以下であれば、プラズマの閉じ込め効果が得られる。また、筒13の内半径は、より好ましくは、R+5cm以下とする。R+5cm以下とすることにより、プラズマの密度を充分に高くすることができ内包フラーレンの形成に必要なイオンの反応が高い確率で起きる。
The inner radius of the
Therefore, the inner radius of the
図6に示した装置においては、装置ごとに収率が異なっていた。本発明者は、筒の内半径が収率に影響することを見出したのである。特に、プラズマ流の半径と関係することを見出したのである。さらに、R+5mm〜R+5cmという、ある限られた範囲において収率が著しく高くなることを見出したのである。 In the apparatus shown in FIG. 6 , the yield was different for each apparatus. The present inventor is the radius of the cylinder is found to affect the yield. In particular, it was found that the relationship between the radius of the plasma flow. Further, as R + 5mm~R + 5cm, it was found that the yield is markedly properly increased in a limited range.
筒13に設けられたフラーレンを導入する際におけるフラーレンの導入角度の拡がり角度としては、90〜120°が好ましい。拡がり角度をこの範囲とすることによりプラズマへのフラーレンの導入が高効率化し、内包フラーレンの収率が向上する。なお、拡がり角度を変化させるためには、フラーレンの導入ノズルの径と長さとの比を変えればよい。
It is the divergence angle of the introduction angle of the fullerene at the time of introducing the fullerenes provided in the
また、フラーレンは、図5に示すように、プラズマ流2の流れ方向に沿って噴出される。
Further, fullerenes, as shown in FIG. 5, is ejected along the flow Re direction of the
フラーレンの導入速度は、フラーレン昇華用オーブン4の温度上昇率により制御すればよい。温度上昇率としては、100℃/分以上が好ましい。上限としては、突沸が生じない温度上昇率である。
The introduction rate of fullerene may be controlled by the rate of temperature increase of the
筒13の上流側(図1の図面上左)端とホットプレート3との間の距離luは、1.0〜2.0×(πDH 2/4)となるように設定することが好ましい。DHはホットプレートの外径である。かかるluとすることにより筒13は、ホットプレートからの熱による影響を受けることを回避することができより経時的にも安定したプラズマの維持を図ることが可能となる。
Distance l u between the upstream end and the hot plate 3 (the drawing left of FIG. 1) of the
真空容器1内において、内包フラーレン堆積プレート5の手前側には、イオン分布を測定するためのイオン測定用プローブ14が設けてある。プローブ14からの信号は、プローブ回路15及びコンピューター16に送られ、信号に基づき、内包フラーレン堆積プレート5に印加するバイアス電圧を制御するようになっている。
In the
測定されたイオン密度分布によるバイアス電圧制御は、例えば、以下のように行う。イオン測定用プローブ14は、プラズマの電位に対するバイアス電圧を印加してイオン測定用プローブ14に流れる電流を測定し、その測定した電流力イオン密度を計算により求める。イオン測定用プローブ14に正のバイアス電圧を印加すると、負イオンであるフラーレンイオンがイオン測定用プローブ14に流入し、フラーレンのイオン密度を測定することができる。逆に、イオン測定用プローブ14に負のバイアス電圧を印加すると、正イオンであるNaなどの内包対象原子のイオン密度を測定することができる。このように、イオン測定用プローブ14に対するバイアス電圧の印加極性を切り替え、イオン測定用プローブ14をプラズマ流2の径方向に移動させてプローブ電流を測定することにより、フラーレンイオンと内包対象原子のイオンの密度分布を測定することができ、その測定したイオンの密度分布により、以下のように内包フラーレン堆積プレート5に印加するバイアス電圧を制御する。
The bias voltage control based on the measured ion density distribution is performed as follows, for example. The
各分割プレートに対応する測定位置において、
(1)フラーレンのイオン密度 > 内包対象原子のイオン密度
→ 対応する分割プレートのバイアス電圧を小さくする。
(2)フラーレンのイオン密度 < 内包対象原子のイオン密度
→ 対応する分割プレートのバイアス電圧を大きくする。
(3)フラーレンのイオン密度 ≒ 内包対象原子のイオン密度
→ 対応する分割プレートのバイアス電圧は変化させない。
At the measurement position corresponding to each divided plate,
(1) Ion density of fullerene> Ion density of inclusion target atom → Decrease the bias voltage of the corresponding divided plate.
(2) Ion density of fullerene <Ion density of inclusion target atom → Increase the bias voltage of the corresponding divided plate.
(3) Ion density of fullerene ≒ Ion density of inclusion target atom → The bias voltage of the corresponding divided plate is not changed.
バイアス電圧を変化させる程度は、フラーレンと内包対象原子のイオン密度の差により制御する。 The degree to which the bias voltage is changed is controlled by the difference in ion density between fullerene and inclusion target atoms.
内包フラーレン堆積プレート5は、図2に示すように、同心円状に3つの分割プレート5a,5b,5cに分割されている。すなわち、中心部の分割プレート5aは円形をなし、この分割プレート5aの外周には、分割プレート5aとは電気的に絶縁されてリング状の分割プレート5b、5cが配置されている。なお、分割プレートの数は3つに限定するものではなく、2つでもよいし4つ以上でもよい。それぞれの分割プレート5a,5b,5cには、バイアス電圧を独立に印加することができるように、バイアス印加手段7a,7b,7cが設けられている。なお、分割プレート5a,5b,5cの形状は、真空容器の形状に制限がなければ円形乃至円状リングに限らず、例えば四角形乃至四角形状リングあるいはその他の形状でもよい。
As shown in FIG. 2, the endohedral
中心部の分割プレート5aの半径は、ホットプレート3の半径をRとした場合に、R+5mm以下とすることが好ましい。このR+5mmよりも大きくしても、その外側の部分で内包フラーレンガ形成される確率は低いからである。背景真空度の向上や、真空引き時間の短縮などの点から、製造装置を小型化することが好ましい。従って、生成したプラズマを無駄なく利用し且つ製造装置を小型化するという点からからは、中心部に配置した分割プレート5aの半径をR+5mm以下とすることが好ましい。ただし、内包フラーレン堆積プレート5を分割せずに、そのプレート全面同一のバイアス電圧にする場合においても、堆積条件を最適化することにより内包フラーレンを形成することは可能である。
The radius of the
磁場強度Bの磁界により閉じ込められたプラズマ流2の半径は、プラズマを発生させるホットプレート3の半径に対し、プラズマを構成するイオンのラーモア半径RLだけ大きくなる。RLは磁場強度Bに反比例し、例えば、B=0.3T、プラズマ温度2500℃の条件では、
NaのRL=1.1mm,C60のRL=4.0mm
と見積もることができる。従って、磁場強度Bやプラズマ温度などの製造条件の適用範囲を考慮して、R+5mmを基準として、分割プレート5a,5b,5cの大きさを設計することが好ましい。
The radius of the
Na of R L = 1.1mm, R L = 4.0mm of C 60
Can be estimated. Therefore, it is preferable to design the sizes of the divided
中心部の分割プレート5aには、正のバイアス電圧を印加することが好ましい。これにより、内包対象原子イオンとフラーレンイオンとの相互作用が大きくなり、内包対象原子が内包されやすくなる。ただし、中心部の分割プレート5aにバイアス電圧を印加せずに、浮遊電位状態にする場合であっても、堆積条件を最適化することにより、内包フラーレンを形成することは可能である。
It is preferable to apply a positive bias voltage to the central divided
また、中心部の分割プレート5aにバイアス電圧を印加する場合に、フラーレンイオンがプラズマ流2の中心にそのピークを有する分布となるように、バイアス電圧を制御することにより内包率を高くすることができる。その最適バイアス電圧は内包対象原子、フラーレンの種類その他の成膜条件によって変化するが予め実験により把握しておけばよい。
Further, when a bias voltage is applied to the central divided
例えば、内包対象原子としてアルカリ金属を用い、フラーレンとしてC60を用いる場合には、図2に示す中心部の分割プレート5aには、−2V<φap1 <+20Vのバイアス電圧を印加することが好ましい。また、0V≦φap1 ≦+18Vが特に好ましい。
For example, when an alkali metal is used as the inclusion target atom and C 60 is used as the fullerene, a bias voltage of −2 V <φ ap 1 <+20 V is applied to the central divided
中心部の分割プレート5a以外の分割プレート5b、5cは浮遊電位状態にしておいてもよい。浮遊状態の場合であっても、分割プレート5bの部分には、従来におけると同様の量の内包フラーレンが堆積する。従って、中心部の分割プレート5aにおいて収率が高くなった分全体としての収率が高くなる。
The divided
もちろん、成膜条件の変動により、分割プレート5bに対応する部分のフラーレンイオンの密度が低くなる場合は、分割プレート5bにもバイアス電圧を印加してフラーレンイオンの密度を高くしてもよい。成膜中に、イオン測定用プローブ11により絶えず分布を測定し、コンピューター16により分割プレート5b、5cへ印加するバイアス電圧を自動的に制御すればよい。分割プレート5aへの印加の自動制御も同様である。
真空容器1には、ポンプ10が設けられ、真空容器1内を真空に排気可能となっている。
本発明におけるフラーレンとしては、例えば、Cn(n=60,70,74,82,84,...)があげられる。
Of course, when the density of the fullerene ions in the portion corresponding to the divided
The
Examples of the fullerene in the present invention include C n (n = 60 , 70 , 74 , 82 , 84 , ...).
筒13の下流側端から内包フラーレン堆積プレート5までの距離は、筒13の長さよりも2倍以上とした場合には、内包フラーレン堆積プレート5上に堆積する膜中における中性フラーレンの濃度を一層低くすることができる。すなわち、膜中における内包フラーレンの濃度をより一層高くすることができる。
When the distance from the downstream end of the
この際、フラーレンの導入方向をプラズマ流2に沿って行うことにより、筒13の下流側端から内包フラーレン堆積プレート5までの設定最短距離は短くすることができ、装置本体の小型化を実現することができる。この際、筒13の下流側端から内包フラーレン堆積プレート5までの設定最短距離は、好ましくは、筒13の長さの2倍である。
また、フラーレンを導入するノズルは複数あっても良いし、斜め方向に口を有する形状であっても良い。
At this time, by setting the fullerene introduction direction along the
Further, there may be a plurality of nozzles for introducing fullerene, or a shape having a mouth in an oblique direction.
(実施例1)
図1に示す装置を用いてのナトリウム内包C60(Na@C60)フラーレンの形成を行った。
Example 1
Sodium-encapsulated C 60 (Na @ C 60 ) fullerene was formed using the apparatus shown in FIG.
本例では、真空容器1として、直径100mm、長さ1200mmのものを用いた。
In this example, the
また、本例ではホットプレート3として、φ20mmのタングステンホットプレートを用いた。タングステンホットプレート3を2500℃に加熱した。加熱されたタングステンホットプレート3に向けてオーブン4からナトリウム蒸気を導入した。なお、真空容器1内は、1×10 −4 Paとし、磁場強度BはB=0.3Tとした。
In this example, a φ20 mm tungsten hot plate was used as the
プラズマ流2の途中には、孔を有する銅製の筒13を設けた。銅製の筒13は、その内径D c が55mmのものを用いた。筒13は約400℃に加熱した。
In the middle of the
次いで、筒13の孔からプラズマ流2の流れ方向に沿ってフラーレンを導入した。
It was then introduced fullerenes along the bore of the
一方、分割プレートとして3分割タイプのものを用いた。中心部の分割プレート5aの直径は14mm、その外側の分割プレート5bの直径は32mm、さらに外側の分割プレートの直径は50mmとした。
On the other hand, a three-split type plate was used as the split plate. The
中心部の分割プレート5aにはバイアス電圧Δφap(=φap1 −φs)としてΔφap=5Vを印加した。分割プレート5b、5cは浮遊電位の状態とした。なお、φapは直流電圧、φsはプラズマ空間電位である。
Δφ ap = 5V was applied as the bias voltage Δφ ap (= φ ap 1 −φ s ) to the central divided
イオン測定用プローブ14により成膜途中におけるイオン分布を測定したところ、図3(b)に実線で示すような半径r方向の分布をしていた。すなわち、C60 −イオンは中心領域に集中する結果が得られた。
When the ion distribution in the middle of the film formation was measured by the
成膜を30分行った後、分割プレート上に堆積した内包フラーレン(本例ではNa@C60)含有薄膜を分析した。中心部における分割プレート5a上には内包フラーレンが高い含有率で形成されていた。また、中心部の外側における分割プレート5b上には内包フラーレン含有の堆積膜が認められた。
After film formation for 30 minutes, the endohedral fullerene (Na @ C 60 in this example) -containing thin film deposited on the divided plate was analyzed. The endohedral fullerene was formed with a high content on the divided
なお、質量分析結果を図3(a)に示す。
(実施例2)
本例では、筒13の径の影響を調べた。
The mass spectrometry result is shown in FIG.
(Example 2)
In this example, the influence of the diameter of the
筒13の内径Dを30mm、40mm、48mm、50mm、60mm、70mm、80mm、100mmとし、実施例1と同様の成膜を行ない、内包フラーレンの収率を調べた。
The inner diameter D of the
実施例1の場合(Dc=55mmの場合)における中心部の分割プレート上での収率を1とすると次のような収率が得られた。なお、括弧内は、ホットプレートの外径との比である。 In the case of Example 1 (in the case of D c = 55 mm), when the yield on the split plate at the center was 1, the following yield was obtained. The values in parentheses are the ratio with the outer diameter of the hot plate.
30mm(1.5) 0.6
40mm(2・0) 0.7
48mm(2.4) 0.8
50mm(2.5) 0.95
55mm(2.8) 1
60mm(3.0) 0.95
70mm(3.5) 0.7
80mm(4.0) 0.5
100mm(5.0) 0.5
ホットプレートの外径との比が2.5〜3.0の範囲においては、他の範囲のものに比べると収率が非常に優れていることがわかる。
(実施例3)
本例では、中心の分割プレート5aへのバイアス値を−10V〜20Vの範囲で変化させて内包フラーレンの堆積を行った。
30 mm (1.5) 0 . 6
40 mm (2.0) 0.7
48mm (2.4) 0.8
50mm (2.5) 0.95
55mm (2.8) 1
60mm (3.0) 0.95
70 mm (3.5) 0.7
80 mm (4.0) 0.5
100 mm (5.0) 0.5
It can be seen that when the ratio to the outer diameter of the hot plate is in the range of 2.5 to 3.0, the yield is very excellent as compared with the other ranges.
(Example 3)
In this example, the inclusion fullerene was deposited by changing the bias value to the central divided
その結果を図4に示す。 The result is shown in FIG.
−5V<φap1 <+20Vの範囲で優れた収率がしめされている。0V≦φap1 ≦+1
8Vの範囲でより優れた収率が示されている。
Excellent yields are shown in the range of −5 V <φ ap 1 <+20 V. 0V ≦ φ ap 1 ≦ + 1
A better yield is shown in the 8V range.
1 真空容器
2 プラズマ流
3 ホットプレート
4 内包対象原子オーブン
5、5a,5b,5c 分割プレート
6 導入手段(支持手段)
7a,7b,7c バイアス電圧の印加手段
8 フラーレン昇華用オーブン
10 排気ポンプ
11 電磁コイル(外部磁場印加用コイル)
13 筒
14 イオン測定用プローブ
15 プローブ回路
16 コンピューター
DESCRIPTION OF
7a, 7b, 7c Bias voltage applying means
8 Oven for
13
Claims (19)
前記堆積プレートを同心円状に分割した複数の分割プレートから構成すると共に、該分割プレートのうちの中心部のプレートに−2V<Δφ ap <+20Vのバイアス電圧Δφ ap を印加し、
前記フラーレンを前記プラズマ流の流出方向に沿って導入するようにしたことを特徴とする内包フ
ラーレンの製造方法。 In a vacuum vessel, by introducing atoms to be included toward the hot plate, a plasma flow of the atoms to be included is formed, fullerene is introduced into the plasma flow, and a bias is applied to the deposition plate disposed downstream of the plasma flow. In the method for producing an endohedral fullerene in which the endohedral fullerene is deposited while applying a voltage,
The deposition plate is composed of a plurality of divided plates concentrically divided, and a bias voltage Δφ ap of −2 V <Δφ ap <+20 V is applied to a central plate of the divided plates ,
The method for producing an endohedral fullerene, wherein the fullerene is introduced along the outflow direction of the plasma flow.
前記フラーレンの導入位置よりも前記プラズマ流の下流側に同心円状に分割して配置された複数の分割プレートを保持する保持手段と、前記各分割プレートのそれぞれに任意のバイアス電圧を印加するためのバイアス印加手段とを有することを特徴とする内包フラーレンの製造装置。 A vacuum vessel, a plasma flow forming means for forming a plasma flow of atoms to be included, and an introducing means for introducing fullerene along the outflow direction of the plasma flow into the vacuum vessel;
Holding means for holding a plurality of divided plates arranged concentrically downstream of the fullerene introduction position downstream of the plasma flow; and for applying an arbitrary bias voltage to each of the divided plates An endohedral fullerene manufacturing apparatus, comprising: a bias applying unit.
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