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研究内容

Keywords

応用物性・結晶工学 複合材料・物性

出版物2004年以降のNIMS所属における研究成果や出版物を表示しています。

会議録
その他の文献

所属学会

低温工学・超電導学会, 応用物理学会, 電気学会

受賞履歴

  • 低温工学協会 優良発表賞(2002年), IUMRS-ICAM2003 Young Scientist Award(2003) ()
エネルギー・環境材料研究センター
タイトル

新機能発現を目指した高温超伝導線材の開発

キーワード

REBCO超伝導線材,フォトリソグラフィー,極細多芯化技術,交流応用,核融合炉用超電導線材,液体水素冷熱利用

概要

高温超伝導線材は電気抵抗ゼロで大きな電流を流すことができ、巨大な磁場空間を必要とする超伝導電磁石や電力損失を低減できる電力応用機器への適用が期待されている材料である。近年ではエネルギー問題を解決しする手段として核融合炉用の巨大電磁石に用いられ、その試験が始まっている。また、液体水素冷熱環境下における電力応用機器や超省エネ電動航空機における本材料の適用が期待されている。一方で、遮蔽電流効果や交流損失を低減するために細線化という課題が残されている。我々はこれらの超伝導線材において従来にない線材作製方法を見出した。本研究ではその細線化作製方法をさらに発展させた開発にも取り組み、その有用性を実証している。

新規性・独創性

基板に加工を施すという逆の発想による細線化技術
フォトリソグラフィーという簡便な手法を用いた汎用性
従来1mm程度の細線幅を100μm級まで下げることに成功
細線幅を従来から1/10に出来ることから損失も1/10が期待

内容

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本研究では薄膜作製時における結晶成長の段階から欠陥を導入する手法を新たに提案し、新たな機能を有した超伝導膜を作製することを目的とする。本研究の多芯化技術の特徴はフォトリソグラフィーの技術を転用する。意図的に結晶粒の方位を制御、あるいは異なる物質を生成して、超伝導相と非超伝導相を分割して多芯化を達成する独自の技術である。左上図に薄膜作製方法の概念図を示した。基板上にフォトリソグラフィー技術によって目的とする形状のパターンを形成し、物理的蒸着等によってライン状の非超伝導層の核となる物質を堆積させた。その上にREBCO層を既存の手法を用いて堆積させた。右図は作製した薄膜の磁気光学像である。白いコントラストの非超伝導層によって黒い超伝導層が分離されていることが分かる。左下図のSTEM像においてSTO上では配向したYBCOが形成される一方で、Zr上においては不純物相も確認できSEM-EBSDによってSTO上とZr上で明らかに結晶組織が違うものを作製することができていることが分かる。Zr以外においても材質を変えることで、これらの特徴は変化させることが可能であり、応用先に合わせた材質の選択、パターンの適用が自由にできる。

まとめ

高温超伝導テープ線材において基板を加工することによって機能を持たせることができることを示した。
半導体作製等に用いられるフォトリソグラフィー技術を転用することで必要な機能を付与することが可能となる。
これまでにない細線化技術の可能性を拓いた。
今後、長尺可能性を実証し、極細多芯化による効果を議論していく。

この機能は所内限定です。
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