| Project/Area Number |
20H02133
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
|
| Allocation Type | Single-year Grants |
|---|
| Section | 一般 |
|---|
| Review Section |
Basic Section 21010:Power engineering-related
|
|---|
| Research Institution | Oita University |
|---|
Principal Investigator |
市來 龍大 大分大学, 理工学部, 准教授 (00454439)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
立花 孝介 大分大学, 理工学部, 助教 (10827314)
金澤 誠司 大分大学, 理工学部, 教授 (70224574)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
|
| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
|
| Budget Amount *help |
¥18,200,000 (Direct Cost: ¥14,000,000、Indirect Cost: ¥4,200,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2020: ¥12,090,000 (Direct Cost: ¥9,300,000、Indirect Cost: ¥2,790,000)
|
|---|
| Keywords | プラズマ窒化反応 / NHラジカル / N原子 / 質量分析 / 大気圧プラズマ / レーザー誘起蛍光法 / ＮＨラジカル / 質量分析法 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
地球大気の８割を占める窒素が金属や半導体と化学反応すると，その材料に有用な機能が発現する例が多数知られている．窒素と材料を効率的に反応させる方法として，プラズマ窒化反応が用いられる．この分野ではNHラジカルがプラズマ窒化反応を促進されると言われてきた．そこで本研究ではNHの窒化反応性を詳細に調査し，NHが本当に窒化反応に有用なのか，またどのように有用なのかを明確にする．
具体的にはレーザー誘起蛍光法によりNHを観測する実験系を構築し，最終的にNH密度と窒化反応の相関性を明らかにする．NHの窒化反応性が明らかになれば，エネルギー消費を抑えた新たな高効率窒化技術の創成につながると期待される．
|
| Outline of Annual Research Achievements |
○ 質量分析法によるバリア放電プラズマ中N原子の調査
独自に開発したシース状バリアおよび点電極の併用により，バリア放電点火を質量分析器のサンプル採取部に集中させ分析系を最適化させることに成功した。パラメータを広範囲に変化させN原子信号の検出を試行したところ，放電電力を現状の装置で最大化したにもかかわらず，明確なN原子信号を得ることはできなかった。この結果は大気圧下における質量分析法の限界を示すと考え，将来的にレーザー誘起蛍光法によりN原子を検出する計画を立て，引き続き調査を進めていく。
○ 窒素ドーピング量と窒素粒子種密度の相関調査
平板状の鉄試料に対しドーピング温度が1000K程度になるよう設定し，パルスアーク型大気圧プラズマジェットにより試料中にN原子をドーピングした。その結果，ドーピング温度および時間を固定した際にも，水素ガス混合比を増加させると試料表面にドープされた窒素濃度が指数関数様に減少することが明らかとなった。本研究計画において明らかとなった当該プラズマ中NHラジカル密度も同様の指数関数様の減少を呈することから，NH密度および窒素濃度の指数関数減衰定数を算出したところ，前者は水素混合比について0.92%，後者は0.85%と極めて近い値を示すことが分かった。
○ プラズマジェット中NHラジカルの生成・消滅素過程の数値的調査
窒素ー水素系のプラズマ素過程を調査するため，Truscottらの化学反応式セット（J. Phys. Chem. A119, 12962, 2015）を用い反応計算を行った。パルスアーク放電部およびジェットプルーム部を模擬するためそれぞれ5000Kおよび1000Kの条件で0次元計算を行った結果，NH生成はパルスアーク放電部での熱平衡反応により達成され，一方NH消滅は主にジェットプルーム中でのHおよびH2との再結合に起因することが明らかとなった。
|
| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
|
