JP6946692B2

JP6946692B2 - Ｘ線発生装置

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Publication number: JP6946692B2
Application number: JP2017065576A
Authority: JP
Inventors: 河口　紀仁; 紀仁河口; 一馬秋久保
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2017-03-29
Publication date: 2021-10-06
Anticipated expiration: 2037-03-29
Also published as: JP2018169241A

Description

本開示は、Ｘ線を発生させるＸ線発生装置に関する。

従来、基板に成長させたカーボンナノチューブ（Carbon Nano Tube:ＣＮＴ）にレーザーを照射して、Ｘ線を発生させる技術が開発されている（例えば、特許文献１）。

ＣＮＴを構成する炭素原子にレーザーを照射することで発生するＸ線の波長は、２．２８ｎｍ以上４．３６ｎｍ以下であり、水の窓領域（Water window）と呼ばれている。水の窓領域のＸ線（「軟Ｘ線」ともいう）は、水を透過するものの、タンパク質等を透過しない。このため、軟Ｘ線を照射する軟Ｘ線顕微鏡は、水を含んだ状態で生体を観測できる。

特許第４００５５５１号公報

上記特許文献１に記載された技術のように、繊維状のカーボンや繊維状の金属を成長させた基板にレーザーを照射してＸ線を発生させる技術では、レーザーのエネルギー密度が相対的に低い場合であっても、レーザーを照射すると繊維状のカーボンや金属が基板から剥離してしまう。このため、Ｘ線の強度（発生量）を高めることができないという問題がある。

本開示は、Ｘ線の強度を高めることが可能なＸ線発生装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本開示の一態様に係るＸ線発生装置は、１または複数のカーボンナノウォールを含んで構成されるナノ構造層を有する基材と、前記ナノ構造層に、パルス幅が１０^−１２秒未満のレーザーを照射して、前記ナノ構造層をアブレートさせるレーザー照射部と、を備え、前記カーボンナノウォールには、金属がドープされている。

また、前記レーザー照射部は、前記ナノ構造層におけるグラファイト層が設けられる側と逆側からレーザーを照射してもよい。

上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る他のＸ線発生装置は、１または複数のカーボンナノウォール形状の金属の構造体を含んで構成されるナノ構造層を有する基材と、前記ナノ構造層に、パルス幅が１０^−１２秒未満のレーザーを照射して、前記ナノ構造層をアブレートさせるレーザー照射部と、を備える。

また、前記基材は、樹脂およびガラスのいずれか一方または両方に埋め込まれた前記ナノ構造層を有してもよい。

また、前記レーザー照射部によるレーザーの照射領域と、前記基材とを相対的に移動させる移動部を備えてもよい。

Ｘ線の強度を高めることが可能となる。

Ｘ線発生装置を説明する図である。基材を説明する図である。ナノ構造層を説明する図である。第１変形例の基材を説明する図である。第２変形例の基材を説明する図である。基材を製造する成膜装置を説明する図である。第３変形例の基材を説明する図である。第４変形例の基材を説明する図である。図９（ａ）は、レーザーを照射する前のカーボンナノチューブをＳＥＭで観察した結果を示す画像である。図９（ｂ）は、レーザーを照射した後のカーボンナノチューブをＳＥＭで観察した結果を示す第１の画像である。図１０（ａ）は、レーザーを照射する前の基材をＳＥＭで観察した結果を示す画像である。図１０（ｂ）は、レーザーを照射した後の基材をＳＥＭで観察した結果を示す第１の画像である。図１０（ｃ）は、レーザーを照射した後の基材をＳＥＭで観察した結果を示す第２の画像である。図１１（ａ）は、レーザーを照射する前の基材のラマンスペクトルを示す図である。図１１（ｂ）は、レーザーを照射した後の基材のラマンスペクトルを示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、本開示の一実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。

（Ｘ線発生装置１００）
図１は、Ｘ線発生装置１００を説明する図である。図１に示すように、Ｘ線発生装置１００は、基材１１０と、レーザー照射部１２０、移動部１３０とを含んで構成される。なお、図１中、レーザーおよびＸ線を実線の矢印で示す。

図２は、基材１１０を説明する図である。なお、本実施形態の図２では、垂直に交わるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を図示の通り定義している。図２に示すように、基材１１０は、基板Ｓと、ナノ構造層１５０とを含んで構成される。ナノ構造層１５０は、グラファイト層１５２と、１または複数のカーボンナノウォール１５４を含んで構成される。ナノ構造層１５０は、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置やスパッタリング装置によって基板Ｓ上に成膜される。

図３は、ナノ構造層１５０を説明する図である。なお、本実施形態の図３（ｂ）、図３（ｄ）では、垂直に交わるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を図示の通り定義している。カーボンナノウォール１５４は、図３（ａ）に示すようなグラフェンシート（図３（ａ）中、炭素原子（Ｃ）を白丸で示す）が、図３（ｂ）に示すように、基板Ｓの表面上から立設したもの（垂直状に成長したもの）である。カーボンナノウォール１５４が基板Ｓ上に形成される際には、図３（ｃ）、図３（ｄ）に示すように、まず、基板Ｓの表面に、グラファイト層１５２（またはアモルファスカーボン層）が形成される。グラファイト層１５２は、基板Ｓの表面の面内方向に沿って、基板Ｓの表面に形成される。例えば、グラファイト層１５２は、基板Ｓの表面の面内方向に平行に、基板Ｓの表面に形成される。

そして、カーボンナノウォール１５４は、グラファイト層１５２を介して、基板Ｓの表面に対して垂直方向（図３（ｂ）、図３（ｄ）中、Ｚ軸方向）に延在（延伸）するように複数形成される。ここで、カーボンナノウォール１５４における基板Ｓと平行な方向（図３（ｂ）中、Ｘ軸方向）の厚みは、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。また、隣り合うカーボンナノウォール１５４間の図３（ｂ）中、Ｘ軸方向の距離は、１ｎｍ以上１０μｍ以下である。

図１に戻って説明すると、レーザー照射部１２０は、ナノ構造層１５０に、パルス幅が１０^−１２秒未満のレーザー（パルスレーザー）を照射する。レーザー照射部１２０は、例えば、パルス幅がフェムト秒（１０^−１５秒）のレーザーや、パルス幅がアト秒（１０^−１８秒）のレーザーを照射する。

レーザー照射部１２０が照射するレーザーのエネルギー密度は、ナノ構造層１５０をアブレートさせるエネルギー密度である。エネルギー密度は、炭素原子の電子のエネルギー準位を、基底状態に戻ったときにＸ線（特性Ｘ線）を放出する程度まで上昇させるエネルギー密度である。エネルギー密度は、ナノ構造層１５０の厚みに基づいて決定される。エネルギー密度は、例えば、１×１０^１４Ｗ／ｃｍ^２以上である。なお、レーザー照射部１２０が照射するレーザーの波長に限定はない。レーザー照射部１２０が照射するレーザーの波長は、例えば、３０１ｎｍ以上である。

レーザー照射部１２０が、ナノ構造層１５０をアブレートさせる程度のレーザーを照射することにより、カーボンナノウォール１５４を構成する炭素原子からＸ線を放出させることができる。炭素原子から放出される特性Ｘ線は、２．２８ｎｍ以上４．３６ｎｍ以下の波長の軟Ｘ線である。したがって、レーザー照射部１２０がナノ構造層１５０にレーザーを照射することにより、水を含んだ状態で、生体や、軽元素（Ｃ、Ｎ、Ｏ）等で構成された測定対象物を観測することができる。

また、カーボンナノウォール１５４は、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）と比較して、基板Ｓとの接触面積が極めて大きい。このため、レーザー照射部１２０がレーザーを照射しても、カーボンナノウォール１５４（ナノ構造層１５０）が基板Ｓから剥離することがない。したがって、エネルギー密度が相対的に高いレーザーを照射することができる。これにより、ＣＮＴにレーザーを照射する場合と比較して、Ｘ線の強度を高める（Ｘ線の発生量を増加させる）ことが可能となる。

なお、レーザー照射部１２０によってレーザーを照射する際の基材１１０の雰囲気圧力は、大気圧以上であり所定の上限圧力未満である。上限圧力は、カーボンナノウォール１５４がダイヤモンドに転移する圧力である。基材１１０の雰囲気圧力が高いほど、放出するＸ線の強度を高めることができる。

移動部１３０は、レーザー照射部１２０によるレーザーの照射領域と、基材１１０とを相対的に移動させる。これにより、１の基材１１０に対して、照射領域を異にして、複数回レーザーを照射することができる。したがって、１の基材１１０で複数回Ｘ線を発生させることが可能となる。

（第１変形例：基材２１０）
図４は、第１変形例の基材２１０を説明する図である。図４（ａ）は、基材２１０の斜視図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＸＺ断面図である。なお、第１変形例の図４（ａ）、図４（ｂ）では、垂直に交わるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を図示の通り定義している。また、図４（ｂ）中、レーザーおよびＸ線を白抜き矢印で示す。

図４（ｂ）に示すように、第１変形例の基材２１０は、ナノ構造層１５０と、囲繞部２６０とを含んで構成される。なお、上記基材１１０と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

囲繞部２６０は、グラファイト層１５２およびカーボンナノウォール１５４を囲繞する。つまり、ナノ構造層１５０は、囲繞部２６０に埋め込まれている。囲繞部２６０は、レーザーに対する透過性および耐熱性を有する材料で構成される。囲繞部２６０は、例えば、樹脂およびガラスのいずれか一方または両方である。樹脂は、例えば、ポリイミドやポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、エポキシ樹脂である。

基材２１０の具体的な製造方法については、特開２０１５−１１８３４８号公報に記載された技術を利用できるので、ここでは、詳細な説明は省略する。

上記したように、ナノ構造層１５０は、囲繞部２６０に囲繞されている。つまり、ナノ構造層１５０（カーボンナノウォール１５４）の周囲は高密度である。このため、炭素原子から放出されるＸ線の強度を高めることが可能となる。

また、囲繞部２６０を備えることにより、ナノ構造層１５０から基板Ｓを取り外すことができる。このため、基材２１０は、基板ＳによってＸ線が吸収されてしまう事態を回避することが可能となる。

また、レーザー照射部１２０は、図４（ｂ）に示すように、ナノ構造層１５０におけるグラファイト層１５２が設けられる側と逆側からレーザーを照射するとよい。これにより、基材２１０を挟んでレーザー照射部１２０の逆側に測定対象物を配置することができる。したがって、Ｘ線を反射させる機構を省略することができ、Ｘ線発生装置１００を小型化することが可能となる。

さらに、囲繞部２６０を、可撓性を有する材料で構成すれば、基材２１０を測定対象物の形状に合わせて変形させることが可能となる。これにより、測定対象物のイメージングを容易に行うことができる。

（第２変形例：基材３１０）
図５は、第２変形例の基材３１０を説明する図である。なお、第２変形例の図５では、垂直に交わるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を図示の通り定義している。

図５に示すように、第２変形例の基材３１０は、ナノ構造層３５０と、基板Ｓとを含んで構成される。

ナノ構造層３５０は、下地層３５２と、１または複数のナノ構造体３５４とを含んで構成される。下地層３５２は、金属がドープされたグラファイトで構成される。ナノ構造体３５４は、金属がドープされたカーボンナノウォールである。

図６は、基材３１０を製造する成膜装置４１０を説明する図である。図６に示すように、成膜装置４１０は、所謂プラズマＣＶＤ装置であり、チャンバ４２０と、基板ホルダ４３０と、ターゲット保持部４４０と、プラズマ銃４５０とを含んで構成される。

チャンバ４２０には、ガス供給口４２２が形成されている。ガス供給口４２２を介して、チャンバ４２０の内部に反応ガスが供給される。反応ガスは、メタン（ＣＨ_４）等のカーボンナノウォールを形成することができるガスである。また、チャンバ４２０には、不図示の真空ポンプが接続されており、真空ポンプによって内部が所定の圧力に維持される。

基板ホルダ４３０は、チャンバ４２０内に配され、基板Ｓを保持する。基板Ｓは、例えばシリコン（Ｓｉ）等の炭化物を形成しやすい元素を含んで構成される。

ターゲット保持部４４０は、チャンバ４２０内に配され、スパッタリングターゲットＴを保持する。スパッタリングターゲットＴは、リチウム（Ｌｉ）、ベリリウム（Ｂｅ）、ナトリウム（Ｎａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、カリウム（Ｋ）、カルシウム（Ｃａ）、スカンジウム（Ｓｃ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）、ルビジウム（Ｒｂ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、イットリウム（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、カドミウム（Ｃｄ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、セシウム（Ｃｓ）、バリウム（Ｂａ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、水銀（Ｈｇ）、タリウム（Ｔｌ）、鉛（Ｐｂ）、および、ビスマス（Ｂｉ）の群から選択される１の金属、または、複数の合金で構成される。また、ターゲット保持部４４０は、スパッタリングターゲットＴに所定の周波数でパルス電流（ＤＣ）を流す。

プラズマ銃４５０は、チャンバ４２０内にプラズマ流ＰＦを放出する。プラズマ銃４５０は、特開２００８−０５６５４６号公報に記載された技術を利用できるので、ここでは、詳細な説明は省略する。プラズマ銃４５０がプラズマ流ＰＦを放出することにより、プラズマ流ＰＦを構成するプラズマが、反応ガスを分解するとともに、スパッタリングターゲットＴに衝突する。そうすると、基板Ｓ上にグラファイト層が成膜され、グラファイト層上に複数のカーボンナノウォールが形成される。また、スパッタリングターゲットＴを構成する原子が、スパッタリングターゲットＴから放出され（スパッタ）、グラファイト層および複数のカーボンナノウォールのいずれか一方または両方にドープされる。

そして、成膜装置４１０を用いて基材３１０を製造する際には、まず、基板Ｓを基板ホルダ４３０に保持させる。ガス供給口４２２を通じて反応ガスをチャンバ４２０内に供給する。そして、ターゲット保持部４４０による、スパッタリングターゲットＴへのパルス電流の供給と同時に、プラズマ銃４５０を駆動する。つまり、基板Ｓへのカーボンナノウォールの形成の開始と同時に、カーボンナノウォールへの金属のドープを行う。これにより、基材３１０が製造される。

このようにして製造された基材３１０にレーザー照射部１２０がレーザーを照射することにより、炭素原子に加えて、ドープした金属原子からＸ線を放出させることができる。金属原子から放出される特性Ｘ線は、金属原子によって異なるものの、軟Ｘ線より波長が短い。金属原子から放出されるＸ線を硬Ｘ線と呼ぶ。例えば、金属原子が、銅である場合、特性Ｘ線ＣｕＫα１は１．５４０オングストローム（８．０４７ｋｅＶ）であり、特性Ｘ線ＣｕＫα２は１．５４４オングストローム（８．０２７ｋｅＶ）である。また、金属原子が、鉄である場合、特性Ｘ線ＦｅＫα１は１．９３６９オングストロームであり、特性Ｘ線ＦｅＫα２は１．９３９９オングストロームである。また、金属原子が、ニッケルである場合、特性Ｘ線ＮｉＫαは７．４７１ｋｅＶであり、特性Ｘ線ＮｉＫβは８．２６３ｋｅＶである。金属原子が、アルミニウムである場合、特性Ｘ線ＡｌＫαは１．４８６ｋｅＶである。

したがって、基材３１０にレーザーを照射することにより、軟Ｘ線および硬Ｘ線を同時に発生させることができる。このため、軽元素と、重元素（金属）とを両方備えた測定対象物を１回のＸ線照射で観測することが可能となる。

（第３変形例：基材５１０）
図７は、第３変形例の基材５１０を説明する図である。なお、第３変形例の図７では、垂直に交わるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を図示の通り定義している。

図７に示すように、第３変形例の基材５１０は、ナノ構造層５５０と、基板Ｓとを含んで構成される。

ナノ構造層５５０は、グラファイト層１５２と、１または複数のナノ構造体５５４とを含んで構成される。ナノ構造体５５４は、一部分が金属で構成され、その他の部分が、金属がドープされたカーボンナノウォールで構成される。

具体的に説明すると、図７に示すように、ナノ構造体５５４は、第１層５５４ａと、第２層５５４ｂとで構成される。第１層５５４ａは、グラファイト層１５２上に形成される。第１層５５４ａは、金属がドープされたカーボンナノウォールで構成される。第２層５５４ｂは、第１層５５４ａ上に形成される。第２層５５４ｂは、金属で構成される。

基材５１０は、上記第２変形例で説明した基材３１０から製造することができる。具体的に説明すると、基材３１０を所定のプラズマ雰囲気中に曝すプラズマ処理を行う。所定のプラズマ雰囲気は、例えば、水素（Ｈ_２）プラズマ、窒素（Ｎ_２）プラズマ、酸素（Ｏ_２）プラズマである。なお、プラズマ処理は、基板Ｓの反対側、すなわち、ナノ構造体３５４の先端部側から為される。これにより、ナノ構造体３５４の先端部側から、炭素に対して酸化処理が行われる。そうすると、ナノ構造体３５４の先端部から炭素が除去され、金属のみが残留することになる。このようにして、基材５１０を製造することができる。

このようにして製造された基材５１０にレーザー照射部１２０がレーザーを照射することにより、硬Ｘ線のみと、軟Ｘ線および硬Ｘ線とを発生させることができる。具体的に説明すると、レーザー照射部１２０が、ナノ構造体５５４の厚み、および、ナノ構造体５５４の密度に基づいて、エネルギー密度とパルス幅とを調整することにより、ナノ構造体５５４をアブレートさせる深さを異ならせる。例えば、レーザー照射部１２０が第２層５５４ｂをアブレートさせ、第１層５５４ａをアブレートさせないようにレーザーを照射する。これにより、硬Ｘ線のみを発生させることができる。また、例えば、レーザー照射部１２０が第１層５５４ａおよび第２層５５４ｂをアブレートさせるようにレーザーを照射する。これにより、硬Ｘ線および軟Ｘ線を同時に発生させることが可能となる。

（第４変形例：基材６１０）
図８は、第４変形例の基材６１０を説明する図である。なお、第４変形例の図８では、垂直に交わるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を図示の通り定義している。

図８に示すように、第４変形例の基材６１０は、ナノ構造層６５０と、基板Ｓとを含んで構成される。

ナノ構造層６５０は、第１構造体６５２と、１または複数の第２構造体６５４とで構成される。基材６１０は、上記第２変形例で説明した基材３１０から製造することができる。具体的に説明すると、基材３１０を所定の雰囲気中で加熱する加熱処理を行う。所定の雰囲気は、少なくとも酸素を含んだ雰囲気であり、例えば、大気（空気）である。加熱処理を施すことにより、下地層３５２およびナノ構造体３５４から炭素が除去され、金属のみが残留することになる。

したがって、第１構造体６５２は、上記下地層３５２から炭素が除去された層（薄膜）であると言える。つまり、第１構造体６５２は、金属（または金属酸化物）で構成され、基板Ｓの表面の面内方向に沿って形成された層である。

また、第２構造体６５４は、上記ナノ構造体３５４から炭素が除去された層である。つまり、第２構造体６５４は、金属（または金属酸化物）がカーボンナノウォール形状に構成された構造体（カーボンナノウォールをテンプレートとしてなる金属の構造体）である。

このようにして製造された基材６１０にレーザー照射部１２０がレーザーを照射することにより、硬Ｘ線を発生させることができる。

また、上記したように、ナノ構造層６５０は、カーボンナノウォールをテンプレートとしてなる金属の構造体で構成される。つまり、ナノ構造層６５０は、繊維状の金属と比較して、基板Ｓとの接触面積が極めて大きい。このため、レーザー照射部１２０がレーザーを照射しても、ナノ構造層６５０が基板Ｓから剥離することがない。したがって、エネルギー密度が相対的に高いレーザーを照射することができる。これにより、繊維状の金属にレーザーを照射する場合と比較して、Ｘ線の強度を高める（Ｘ線の発生量を増加させる）ことが可能となる。

（第１の実施例）
レーザー照射部１２０を用いて、カーボンナノチューブにレーザーを照射した。レーザーの波長は、８００ｎｍとした。レーザーのパルス幅は、４０フェムト秒とした。レーザーのエネルギー密度は、５．４×１０^１３Ｗ／ｃｍ^２とした。レーザーの照射雰囲気は大気とし、照射雰囲気の圧力は大気圧とした。

図９は、第１の実施例の結果を説明する図である。図９（ａ）は、レーザーを照射する前のカーボンナノチューブを走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した結果を示す画像である。図９（ｂ）は、レーザーを照射した後のカーボンナノチューブを走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す第１の画像である。

図９（ａ）、図９（ｂ）に示すように、５．４×１０^１３Ｗ／ｃｍ^２といった相対的に低いエネルギー密度のレーザーを照射した場合であっても、カーボンナノチューブが基板から剥離することが確認された。

（第２の実施例）
レーザー照射部１２０を用いて、基材１１０（カーボンナノウォール）にレーザーを照射した。レーザーの波長は、８００ｎｍとした。レーザーのパルス幅は、４０フェムト秒とした。レーザーのエネルギー密度は、１．３×１０^１４Ｗ／ｃｍ^２、および、１．７×１０^１４Ｗ／ｃｍ^２とした。レーザーの照射雰囲気は大気とし、照射雰囲気の圧力は大気圧とした。

図１０は、第２の実施例の結果を説明する第１の図である。図１０（ａ）は、レーザーを照射する前の基材１１０を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す画像である。図１０（ｂ）は、エネルギー密度を１．３×１０^１４Ｗ／ｃｍ^２としてレーザーを照射した後の基材１１０を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す第１の画像である。図１０（ｃ）は、エネルギー密度を１．７×１０^１４Ｗ／ｃｍ^２としてレーザーを照射した後の基材１１０を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す第２の画像である。

図１０に示すように、１．３×１０^１４Ｗ／ｃｍ^２、１．７×１０^１４Ｗ／ｃｍ^２といった相対的に高いエネルギー密度のレーザーを照射した場合であっても、カーボンナノウォールが基板Ｓから剥離していないことが確認された。

図１１は、第２の実施例の結果を説明する第２の図である。図１１（ａ）は、レーザーを照射する前の基材１１０のラマンスペクトルを示す図である。図１１（ｂ）は、エネルギー密度を１．３×１０^１４Ｗ／ｃｍ^２としてレーザーを照射した後の基材１１０のラマンスペクトルを示す図である。図１１に示すように、レーザーを照射した後であっても、レーザーを照射する前と同様に、ＧバンドおよびＤバンドが検出された。したがって、１．３×１０^１４Ｗ／ｃｍ^２といった相対的に高いエネルギー密度のレーザーを照射した場合であっても、カーボンナノウォールが基板Ｓから剥離していないことが確認された。

以上、添付図面を参照しながら実施形態について説明したが、本開示はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上述した実施形態では、カーボンナノウォール１５４が基板Ｓの表面から垂直方向に立設する構成を例に挙げて説明した。しかし、カーボンナノウォール１５４は、基板Ｓから立設していればよく、角度に限定はない。

また、上記実施形態において、レーザー照射部１２０が基材１１０にワンショットでレーザーを照射する構成を例に挙げて説明した。しかし、レーザー照射部１２０は、基材１１０に対し、同一の領域にダブルパルスでレーザーを照射してもよい。

また、上記第１変形例において、ナノ構造層１５０が囲繞部２６０に囲繞された基材２１０を例に挙げて説明した。しかし、ナノ構造層３５０、５５０、６５０が囲繞部２６０に囲繞されてもよい。

また。上記第２変形例において、成膜装置４１０がプラズマＣＶＤ装置である場合を例に挙げて説明した。しかし、成膜装置４１０は、基板Ｓ上に下地層３５２、および、ナノ構造体３５４を成膜できればよい。例えば、成膜装置４１０は、ＣＶＤ装置で構成されてもよい。

また、上記第２変形例において、基板Ｓが炭化物を形成しやすい元素を含む構成を例に挙げて説明した。しかし、基板Ｓの材質に限定はない。

また、上記第２変形例では、スパッタによって金属をグラファイト層やカーボンナノウォールにドープする構成を例に挙げて説明した。しかし、金属のドープは、スパッタに限らず、有機金属を利用した蒸着処理や、金属を加熱して蒸着させる処理、ＣＶＤ処理、有機金属系ガス（トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム等）や塩化金属ガス（塩化ガリウムガス等）と反応させる処理、インターカレーション処理（グラファイト層を、金属を含む溶液中に浸漬する処理）を用いて遂行してもよい。

本開示は、Ｘ線を発生させるＸ線発生装置に利用することができる。

１００Ｘ線発生装置
１１０基材
１２０レーザー照射部
１３０移動部
１５０ナノ構造層
１５４カーボンナノウォール
２１０基材
３１０基材
３５０ナノ構造層
５１０基材
５５０ナノ構造層
６１０基材
６５０ナノ構造層

Claims

１または複数のカーボンナノウォールを含んで構成されるナノ構造層を有する基材と、
前記ナノ構造層に、パルス幅が１０^−１２秒未満のレーザーを照射して、前記ナノ構造層をアブレートさせるレーザー照射部と、
を備え、
前記カーボンナノウォールには、金属がドープされているＸ線発生装置。
前記レーザー照射部は、前記ナノ構造層におけるグラファイト層が設けられる側と逆側からレーザーを照射する請求項１に記載のＸ線発生装置。
１または複数のカーボンナノウォール形状の金属の構造体を含んで構成されるナノ構造層を有する基材と、
前記ナノ構造層に、パルス幅が１０^−１２秒未満のレーザーを照射して、前記ナノ構造層をアブレートさせるレーザー照射部と、
を備えるＸ線発生装置。
前記基材は、樹脂およびガラスのいずれか一方または両方に埋め込まれた前記ナノ構造層を有する請求項１から３のいずれか１項に記載のＸ線発生装置。
前記レーザー照射部によるレーザーの照射領域と、前記基材とを相対的に移動させる移動部を備える請求項１から４のいずれか１項に記載のＸ線発生装置。