アークプラズマ法ナノ粒子形成装置 APDシリーズ

パルス真空アーク放電を利用した新しいナノ粒子形成装置
パルス真空アーク蒸着は、シンプルなプロセスで金属イオンを生成し、極薄膜やナノ粒子を形成する唯一の手法です。
膜の平坦性、微粒子の形成など、他の蒸着法では得られない効果を得ることができます。

用途

  • APD-P(粉末へのナノ粒子担持用)
    金属薄膜(磁性、プラズモン、保護膜)
  • APD-P(粉体担持モデル)
    ナノ粒子を利用した燃料電池触媒、排ガス触媒、光触媒、VOC 分解触媒、カーボンナノチューブ触媒、プラズモン

特長

  • コンデンサの容量を変えることでナノ粒子の粒径を約1.5nm ~ 6nmまで自在に選択可能
  • 導電性材料(ターゲット)であれば、どのような材料もプラズマ化可能
    *ターゲットの比抵抗0.01Ωcm以下
  • 雰囲気を可変することで酸化物や窒化物を容易に生成可能
  • 担持されたナノ粒子は湿式と比較して高活性な触媒効果を示す

仕様

型式 APD-S APD-P
試料寸法 基板
φ 2 インチ
粉体
試料容器寸法(内寸) φ 95mm×高30mm 攪拌機構付
標準蒸着源数 1 1
APD-P(粉体担持モデル)
APD-S(基板蒸着モデル)
鉄とカーボンの多層膜
スケールバは5nm、鉄(黒い部分)は約1.5nmずつ積層されていることが判ります。この時のレートは1.5nmを20発で成膜しているので、約0.075nm/パルスになります。

原理

高電位に印加したターゲットにアークを発生させた後、コンデンサに蓄えた電荷をパルス的に瞬時に放電させ、ターゲット材料をプラズマにして基板にイオン化された蒸着粒子を付着させます。

5つの特長

  • コンデンサの容量を変えることでナノ粒子の粒径を約1.5nm~6nmまで自在に選択することが出来ます。
  • 導電性材料(ターゲット)であればどのような材料もプラズマ化できます。
    *ターゲットの比抵抗0.01Ωcm以下
  • 雰囲気を可変することで酸化物や窒化物を容易に生成することが出来ます。またグラファイトをH2ガス中で放電するとUNCD(超微結晶ダイヤモンド)になります。
  • 本装置で担持されたナノ粒子は湿式と比較して高活性な触媒効果を示します。
  • APD-Pモデルは粉体に担持します。APD-Sモデルは2in基板に担持します。
    ※1、3、4については文献に依存します。
アークプラズマ法によってCeO2に担持したPtおよびPd触媒は、従来の湿式法で調製した触媒に比べて高いCO酸化活性
を示した。
引用文献: 熊本大学 町田教授 文科省元素戦略プロジェクト成果より。

コンデンサ容量とナノ粒子形状の関係

カーボン粉体にPtを担持したTEM画像

引用文献:産業技術総合研究所 環境化学技術研究部門 藤谷忠博様発表論文

エネルギの差がナノ粒子の生成と機能に大きく寄与しています(グラフの縦軸は相対値のため無単位)

引用文献:アークプラズマJ. Appl. Phys. 101(2007)043304 スパッタJ. Appl. Phys. 35(1964)1819

論文リスト

  • C-dopand
    MBE growth mode and C incorporation of GeC epilayers on Si (001) substrates using arc plasma gun as a novel C cource
    Motoki Okinaka*, Yasumasa Hamana1, Takashi Tokuda, Jun Ohta, Masahiro Nunoshita
    Journal of Crystal Growth 249 (2003) 78-86
  • Characterisation of NPs by APD
    Ultra-small platinum and gold nanoparticles by arc plasma deposition
    Sang Hoon Kima,∗, Young Eun Jeonga, Heonphil Haa, Ji Young Byuna, Young Dok Kimb
    Applied Surface Science 297 (2014) 52–58
    10.1016/j.apsusc.2014.01.072
  • HRTEM analyses of the platinum nanoparticles prepared on graphite particles using coaxial arc plasma deposition
    Kun'ichi Miyazawa, Masaru Yoshitake, Yumi Tanaka
    J Nanopart Res (2017) 19:191
    10.1007/s11051-017-3895-6
  • Characterisation of NPs by APD in ionic liquids
    Temperature-independent formation of Au nanoparticles in ionic liquids by arc plasma deposition
    Yoshikiyo Hatakeyama a,1, Satoshi Kimura b, Tatsuya Kameyama c, Yoshiaki Agawa d, Hiroyuki Tanaka d, Ken Judai a, Tsukasa Torimoto c, Keiko Nishikawa b,⇑
    Chemical Physics Letters 658 (2016) 188–191
    10.1016/j.cplett.2016.06.044
  • CNT catalyst
    High-density horizontally aligned growth of CNT with Conanoparticles deposited by Arc discharge plasma method
    D. Phokharatkul,1 Y. Ohno,1,a H. Nakano,2 S. Kishimoto,1 and T. Mizutani1
    APPLIED PHYSICS LETTERS 93, 053112 2008
    10.1063/1.2969290
  • Robust Noise Modulation of Nonlinearity in Carbon Nanotube Field-Effect Transistors
    Toshio Kawahara , Satarou Yamaguchi, Kenzo Maehashi1, Yasuhide Ohno1, Kazuhiko Matsumoto1, and Tomoji Kawai1
    Japanese Journal of Applied Physics 49 (2010) 02BD11
    10.1143/JJAP.49.02BD11
  • High-Rate Growth of Films of Dense, Aligned Double-Walled Carbon Nanotubes Using Microwave Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition
    Mineo HIRAMATSU, Hidetoshi NAGAO1, Masaki TANIGUCHI1, Hiroshi AMANO1, Yoshinori ANDO1 and Masaru HORI2
    Japanese Journal of Applied Physics Vol. 44, No. 22, 2005, pp. L 693–L 695
    10.1143/JJAP.44.L693
  • Combinatorial
    Combinatorial Arc Plasma Deposition of Thin Films
    Seiichi HATA , Ryusuke YAMAUCHI1, Junpei SAKURAI1 and Akira SHIMOKOHBE1
    Japanese Journal of Applied Physics Vol. 45, No. 4A, 2006, pp. 2708–2713
    10.1143/JJAP.45.2708
  • Combinatorial Search for Low Resistivity Pd–Cu–Si Thin Film Metallic Glass Compositions
    Ryusuke YAMAUCHI , Seiichi HATA1, Junpei SAKURAI and Akira SHIMOKOHBE
    Japanese Journal of Applied Physics Vol. 45, No. 7, 2006, pp. 5911–5919
    10.1143/JJAP.45.5911
  • Searching for Novel Ru-Based Thin Film Metallic Glass by Combinatorial Arc Plasma Deposition
    Junpei SAKURAI , Seiichi HATA1, Ryusuke YAMAUCHI, and Akira SHIMOKOHBE
    Japanese Journal of Applied Physics Vol. 46, No. 4A, 2007, pp. 1590–1595
    10.1143/JJAP.46.1590
  • Dye sensitizing
    Transparent conductive oxide layer-less dye-sensitized solar cells consisting of floating electrode with gradient TiOx blocking layer"
    Yoshikazu Yoshida,1 Shyam S. Pandey,1 Kenshiro Uzaki,1 Shuzi Hayase,1,a Mitsuru Kono,2 and Yoshihiro Yamaguchi2
    APPLIED PHYSICS LETTERS 94, 093301 2009
    10.1063/1.3089845
  • Exhaust gas catalyst
    CO oxidation activity of thermally stable Fe–Cu/ CeO2 catalysts prepared by dual-mode arc-plasma process
    Satoshi Hinokuma,abc Noriko Yamashita,a Yasuo Katsuhara,a Hayato Kogamia and Masato Machida*ab
    Catal. Sci. Technol., 2015, 5, 3945
    10.1039/c5cy00370a
  • Nanoparticle catalyst preparation using pulsed arc plasma deposition
    Satoshi Hinokuma,abc Satoshi Misumi,a Hiroshi Yoshidab and Masato Machida*ab
    Cite this: Catal. Sci. Technol., 2015, 5, 4249
    10.1039/c5cy00636h
  • Effect of thermal ageing on the structure and catalytic activity of Pd/CeO2 prepared using arc-plasma process
    Satoshi Hinokuma,ab Hiroaki Fujii,a Yasuo Katsuhara,a Keita Ikeueab and Masato Machida*ab
    Catal. Sci. Technol., 2014, 4, 2990
    10.1039/c4cy00291a
  • Pd Fe/CeO2 bimetal catalysts prepared by dual arc-plasma deposition
    Satoshi Hinokuma1, Yasuo Katsuhara, Eriko Ando, Keita Ikeue, Masato Machida∗
    Catalysis Today 201 (2013) 92– 97
    10.1016/j.cattod.2012.03.063
  • Structure and catalytic property of supported rhodium catalysts prepared using arc-plasma
    Satoshi Hinokumaa,b, MadokaOkamotob, ErikoAndob, KeitaIkeueb, MasatoMachidab,∗
    Catalysis Today xxx (2011) xxx–xxx
    10.1016/j.cattod.2011.03.008
  • A nanometric Rh overlayer on a metal foil surface as a highly efficient three-way catalyst
    Satoshi Misumi1, Hiroshi Yoshida1,2, Satoshi Hinokuma1,2,3, Tetsuya Sato4 & Masato Machida1,2
    10.1038/srep29737
  • Subnano-particle Ce catalyst prepared by pulsed arc-plasma process
    Satoshi Hinokuma a,b,c, Hayato Kogami a, Noriko Yamashita a, Yasuo Katsuhara a, Keita Ikeue a,b, Masato Machida a,b,*
    Catalysis Communications 54 (2014) 81–85
    10.1016/j.catcom.2014.05.025
  • Arc Plasma Processing of Pt and Pd Catalysts Supported on c-Al2O3 Powders
    S. Hinokuma Æ K. Murakami Æ K. Uemura Æ M. Matsuda Æ K. Ikeue Æ N. Tsukahara Æ M. Machida
    Top Catal (2009) 52:2108–2111
    10.1007/s11244-009-9387-x
  • Fuel cell
    Pt−Ni Nanoparticle-Stacking Thin Film: Highly Active Electrocatalysts for Oxygen Reduction Reaction
    Naoto Todoroki,* Takashi Kato, Takehiro Hayashi, Shuntaro Takahashi, and Toshimasa Wadayama
    ACS Catal. 2015, 5, 2209−2212
    10.1021/acscatal.5b00065
  • The d-Band Structure of Pt Nanoclusters Correlated with the Catalytic Activity for an Oxygen Reduction Reaction
    Eishiro Toyoda,*,† Ryosuke Jinnouchi,† Tatsuya Hatanaka,† Yu Morimoto,† Kei Mitsuhara,‡ Anton Visikovskiy,‡ and Yoshiaki Kido‡
    J. Phys. Chem. C 2011, 115, 21236–21240
    10.1021/jp206360e
  • 2D Platinum Network ORR Catalyst on Carbon and Niobium Oxide Hybrid Support
    C. Xu1, J. Yang1, B. L. Pence1, K. Gath1, P. Pietrasz1, M. Sulek1, K. Sun2, E. Sohm3, G. Meng3
    ECS Transactions, 64 (3) 181-189 (2014)
    10.1149/06403.0181ecst
  • Preparation of Pt/C Catalyst by Coaxial Arc Plasma Deposition for Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells
    Yoshiaki Agawa,a,b,z Masayuki Kunimatsu,c Takeshi Ito,d Yasutaka Kuwahara,a and Hiromi Yamashitaa
    ECS Electrochemistry Letters, 4 (10) F57-F60 (2015)
    10.1149/2.0091510eel
  • Gold catalyst
    Hydrogen Dissociation by Gold Clusters
    Tadahiro Fujitani,* Isao Nakamura, Tomoki Akita, Mitsutaka Okumura, and Masatake Haruta
    Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 9515 –9518
    10.1002/anie.200905380
  • Graphene layer growth catalyst
    Graphene layer growth on silicon substrates with nickel film by pulse arc plasma deposition
    K. Fujita,a) K. Banno, H. R. Aryal,b) and T. Egawa
    APPLIED PHYSICS LETTERS 101, 163109 (2012)
    10.1063/1.4761474
  • Hydrogen peroxide solution
    High performanceofhydrogenperoxidedetectionusingPt nanoparticles-dispersedcarbonelectrodepreparedbypulsedarc plasma deposition
    Takeshi Ito a,n, MasayukiKunimatsu a, SatoruKaneko a, YasuoHirabayashi a, MasayasuSoga a, Yoshiaki Agawa b, KojiSuzuki c
    Talanta 99(2012)865–870
    10.1016/j.talanta.2012.07.048
  • Magnetic thin film
    Magnetic properties of Nd–Fe–B thick film magnets prepared by using arc deposition
    M. Nakano, M. Sahara,a K. Yamawaki, T. Yanai, and H. Fukunaga
    JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 107, 09A744 2010
    10.1063/1.3348233
  • Nanocomposite Nd-Fe-B/α-Fe Thick-Film Magnets Prepared by Vacuum Arc Deposition
    Masaki Nakano, Tomoaki Tsutsumi, Takeshi Yanai, and Hirotoshi Fukunaga
    IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, VOL. 50, NO. 11, NOVEMBER 2014
  • Photo catalyst
    Improved Inactivation Effect of Bacteria: Fabrication of Mesoporous Anatase Films with Fine Ag Nanoparticles Prepared by Coaxial Vacuum Arc Deposition
    H. Oveisi, S. Rahighi, X. J., Y.i Agawa, A. Beitollahi, S. Wakatsuki, and Y. Yamauchi
    10.1246/cl.2011.420
  • Prox catalyst
    Support Effect of Arc Plasma Deposited Pt Nanoparticles/TiO2 Substrate on Catalytic Activity of CO Oxidation
    Kamran Qadir,†,§ Sang Hoon Kim,‡,§ Sun Mi Kim,† Heonphil Ha,‡ and Jeong Young Park*,†
    J. Phys. Chem. C 2012, 116, 24054−24059
    10.1021/jp306461v
  • Catalytic activity of Au TiO2 and Pt TiO2 nanocatalysts prepared with arc plasma deposition under CO oxidation
    Sang Hoon Kima,1, Chan-Ho Jungb,c,1, Nruparaj Sahub,c, Dahee Parkb,c, Jung Yeul Yund, Heonphil Haa, Jeong Young Parkb,c,∗
    Applied Catalysis A: General 454 (2013) 53– 58
    10.1016/j.apcata.2012.12.049
  • Thermoelectric element
    Fabrication by Coaxial-Type Vacuum Arc Evaporation Method and Characterization of Bismuth Telluride Thin Films
    M. UCHINO,1 K. KATO,2 H. HAGINO,1 and K. MIYAZAKI1,3
    Journal of ELECTRONIC MATERIALS, 2013 TMS
    10.1007/s11664-012-2438-2
  • TiN film
    Synthesis of TiN thin film on diamond surface for ferrous metal contacts by a new atom beam method
    Hiroshi Kinoshitaa,∗, Shunsuke Yamamotob, Hideaki Yatanib, Tetsuo Nakaic, Nobuo Ohmaeb
    Applied Surface Science 258 (2012) 3002– 3006
    10.1016/j.apsusc.2011.11.026
  • Ultrananocrystalline Diamond/Hydrogenated Amorphous Carbon Composite Films
    Structural and Physical Characteristics of Ultrananocrystalline Diamond/Hydrogenated Amorphous Carbon Composite Films Deposited Using a Coaxial Arc Plasma Gun
    T. Yoshitake, Y. Nakagawa, A. Nagano, R. O., H. Setoyama1, E. Kobayashi1, K. Sumitani1, Y. Agawa and K. Nagayama
    Jpn. J. Appl. Phys. 49 (2010) 015503

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