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大気圧マイクロプラズマジェットによる基板表面反応の実時間その場観察

Research Project

Project/Area Number 18030004
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionSaitama University

Principal Investigator

白井 肇  Saitama University, 大学院・理工学研究科, 准教授 (30206271)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 山納 康  埼玉大学, 大学院・理工学研究科, 助教 (30323380)
Project Period (FY) 2006 – 2007
Project Status Completed (Fiscal Year 2007)
Budget Amount *help
¥4,800,000 (Direct Cost: ¥4,800,000)
Fiscal Year 2007: ¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2006: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
Keywordsマイクロプラズマ / プラズマ-溶液界面反応 / 溶液化学 / プラズマ発光 / 電解質溶液 / 分江エリプソメトリー / 実時間との場観察 / 光学定数 / 溶液物理化学 / 分光エリプソメトリー / 実時間その場計測
Research Abstract

本研究は、各種電解質溶液をカソードおよびアノード電極とした大気圧プラズマの生成を行い、発光分光法(OES)、溶液のpH(=-log[H^+])および分光エリプソメトリー(SE)による実時間その場診断を通してプラズマ生成機構と溶液物理化学との関連を考察した。特に各種電解質溶液を対向電極とした空気およびArプラズマ生成に対して溶液構成元素の発光強度、電子密度、自己バイアス:Vselfおよび溶液のpH変化に着目した。その結果電解質溶液を対向電極とした大気圧プラズマ生成では、従来の溶液スパッタリング、蒸発に加えて、溶液のプロトン濃度に依存した2次電子放出過程がプラズマ生成に関与していることが分かった。特に平成19年度は、プラズマ状態の等価回路による考察および溶液pHと伝導度がプラズマ生成に及ぼす効果について検討した。プラズマインピーダンスは、これまでの溶液pH<2.5および10-13領域とそれ以外で顕著な相違を示した。さらに溶液の抵抗率はプラズマ生成に及ぼす効果について各種溶液を用いて調べた。塩、強酸、弱酸としてNaCl、HCl、CH3COOHを選択し、溶液伝導度とプラズマ発光、電子密度の関連を考察した。その結果各種溶液に対して伝導率:0.5S/cm前後で発光強度が極小値を示し、その前後で増大する傾向を示した。伝導率:0.5S/cm以上の濃度領域では、電子密度の増大に伴い発光強度は増大する。一方0.5S/cm以下の領域においては、プラズマの温度上昇にともなう発光強度は増大が見られた。この要因を塩、強酸、弱酸溶液内のイオンの水和状態および移動度の相違に基づいたモデルを提案した。さらにプラズマ照射により正イオンの照射により表面近傍にカソード電極層が形成されることで電気2重層が形成され、バルク溶液中の負イオンが電気泳動によりカソード表面に輸送され、放出される可能性を示した。実時間紫外・SEおよびポッケル素子を用いた表面電荷計測から大気圧プラズマ-溶液界面に電気泳動による吸収層の存在を明らかにした。これらの要因には、プラズマ-溶液界面における電気2重層の形成、電気泳動等の効果が揚げられる。

Report

(2 results)
  • 2007 Annual Research Report
  • 2006 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2008 2007 2006 2005 Other

All Journal Article (9 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Book (2 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Micrpopiasma discharge in ethanol solution: Characterization and its application to the synthesis of carbon microstructures2008

    • Author(s)
      Q. Cheng, K. Saito, and H. Shirai
    • Journal Title

      Thin Solid Films 516

      Pages: 4435-4440

    • Related Report
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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 大気圧マイクロ熱プラズマジェットによる非晶質Si薄膜の短時間結晶化2007

    • Author(s)
      白井肇、桜井祐介、呂民雅、小林知洋
    • Journal Title

      プラズマ応用科学 15

      Pages: 53-60

    • NAID

      40015683280

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  • [Journal Article] Rapid crystallization of amorphous silicon utilizing the plasm a annealing2007

    • Author(s)
      H. Shirai, Y. Sakurai, M. Yeo, K. Haruta, T. Kobayashi, and H. Shiaii
    • Journal Title

      Maater. Res. Soc. Symp. Proc. 989

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  • [Journal Article] Rapid Recrystallization of Amorphous Silicon and Its Related Materials Utilizing Microplasma Jet at Atmospheric Pressure2006

    • Author(s)
      Y.Sakurai, M.Yeo, H.Shirai, T.Kobayashi, Y.Hasegawai
    • Journal Title

      J. Non-Cryst. Solids 352

      Pages: 989-992

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  • [Journal Article] Rapid Recrystallization of Amorphous Silicon Utilizing Very-High-Frequency Microplasma Jet at Atmospheric Pressure2006

    • Author(s)
      M.Yeo, Y.Sakurai, T.Kobayashi, H.Shirai
    • Journal Title

      Jpn. J. Appl. Phys. 45

      Pages: 8484-8487

    • NAID

      10018340299

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    • Author(s)
      Y.Li, Y.Ikeda, Y.Toyoshima, H.Shirai
    • Journal Title

      J. Non-Cryst. Solids 506-507

      Pages: 38-44

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    • Author(s)
      H.Jia, J.K.Saha, N.Ohse, H.Shirai
    • Journal Title

      J. Phys. D : Appl. Phys. 39

      Pages: 1-5

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    • Author(s)
      H.Jia, J.K.Saha, N.Ohse, H.Shirai
    • Journal Title

      Eur. Phys. J. Appl. Phys. 33

      Pages: 153-159

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      H.Shirai, T.Kobayashi, Y.Hasegawa
    • Journal Title

      Applied Physics Letters 87

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  • [Book] マイクロ・ナノプラズマ技術とその産業応用2007

    • Author(s)
      監修:橘邦英、寺嶋相夫 白井肇(分担)
    • Total Pages
      329
    • Publisher
      シーエムシー出版
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  • [Book] マイクロ・ナノプラズマ技術とその産業応用2007

    • Author(s)
      監修:橘邦英, 寺嶋和夫, 白井肇(分担)
    • Total Pages
      329
    • Publisher
      シーエムシー出版
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  • [Patent(Industrial Property Rights)] 特許権

    • Inventor(s)
      白井肇
    • Industrial Property Rights Holder
      埼玉大学
    • Industrial Property Number
      2008-041445
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      2007 Annual Research Report

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Published: 2006-04-01   Modified: 2018-03-28  

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