Study on microwave-induced non-equilibrium chemical reaction by complex permittivity analysis
| Project/Area Number |
21K04781
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 27030:Catalyst and resource chemical process-related
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
藤井 知 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30598933)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
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| Keywords | マイクロ波化学 / 複素誘電率 / 空洞共振器法 / 金属プラズマ |
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| Outline of Research at the Start |
酸化物触媒を用いた化学反応や酸化物還元反応を行う際にマイクロ波を照射すると、反応速度向上・還元反応温度低下などの現象が発現する。そこで、本研究では、マイクロ波工学の視点から、触媒や金属酸化物の高温・高電場下やその構造の違いをマイクロ波に対する物性変化である複素誘電率として捉え、その数学モデル構築を行う。さらに、そのモデルをシミュレーションに組み込み、実際の化学反応と比較検証を行い、マイクロ波照射下触媒反応や酸化物還元反応におけるマイクロ波特殊効果を解明する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
マイクロ波照射下における固体触媒の電場・温度依存の複素誘電率測定が出来る装置について研究を行っている。これまでの結果、効率よくマイクロ波キャビティ内に効率よくマイクロ波を伝送することが出来るアンテナとキャビティ（TM010やTM110モード）の設計と設計を行い、50Ωに近いインピーダンスを実現することができた。これらの成果を元に、TM010モードキャビティでは、アンテナ導入とカップリングを調整することにより凡そ10000くらいのキャビティが実現することを示せた。この値は複素誘電率測定として十分な性能である。複素誘電率の温度依存性は、当初、ランプ加熱を想定していた。実施検討した結果、やはり、キャビティも加熱されてしまい、キャビティの熱膨張によるQ値変動が生じることや500℃以上の高温には出来ないことが判明した。そこで、CO2レーザを材料の加熱として導入し、さらに、複素誘電率やマイクロ波加熱が同時に出来るような装置の構築を行った。これにより、必ずしもマイクロ波加熱されない材料の誘電率温度依存を測定可能となった。現在、固体触媒や半導体材料の誘電率変化などを測定を実施している。また、効率的なTM110モードの高磁場キャビティを実現することができたことから、金属をロッドを加熱することができ、さらに、真空中では固体から直接プラズマが発生することを発見した。この現象は全く新しいプラズマ発生方法であり、新しい材料プロセスについて提案することができた。今後、全く新しいプラズマプロセスへと発展させる可能性を見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
CO2レーザ加熱法とマイクロ波加熱と誘電率測定が同時に可能な装置を構築出来たこと
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| Strategy for Future Research Activity |
マイクロ波加熱は、固体触媒の加熱に加え、ダイヤモンドやシリコンなどの半導体加熱にも出来ることが分かりつつある。複素誘電率測定の結果なども併せてそのメカニズムについて研究を行う。
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Report
(2 results)
Research Products
(15 results)
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[Presentation] Diamond SAW resonators2021
Author(s)
Satoshi Fujii, Haruki, Tonoe , Yasunori Shiba
Organizer
The 14th International Conference on New Diamond and Nano Carbons 2020/2021
Related Report
Int'l Joint Research
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