低次元界面液体におけるプラズマ電荷・活性種の時空間ダイナミクスの体系的解明

Research Project

Project/Area Number	22H00114
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Medium-sized Section 14:Plasma science and related fields
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	金子俊郎東北大学, 工学研究科, 教授 (30312599)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	高島圭介東北大学, 工学研究科, 助教 (70733161) 佐々木渉太東北大学, 工学研究科, 助教 (90823526) 茂田正哉東北大学, 工学研究科, 教授 (30431521)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2023-03-31
Project Status	Discontinued (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥42,900,000 (Direct Cost: ¥33,000,000、Indirect Cost: ¥9,900,000) Fiscal Year 2022: ¥19,630,000 (Direct Cost: ¥15,100,000、Indirect Cost: ¥4,530,000)
Keywords	気液界面プラズマ / 低次元界面液体 / 時空間ダイナミクス / 短寿命活性種 / 輸送過程・空間分布
Outline of Research at the Start	本研究では，プラズマと低次元界面液体（液柱流・液滴）との界面層における，電荷・気流，液体形状変化が相互作用することによって起こる特異的な界面反応を解明し，プラズマ照射液体内の反応生成物の完全制御を目指す．具体的には，低次元界面液体に電荷，活性種を独立に供給する高度制御気液界面プラズマ装置を開発し，その装置により生成されたプラズマ照射液体内外の活性種，電荷，電界，液体形状の時空間分解計測技術を確立するとともに，統合シミュレーションによって，実験のみでは完全に得られない情報を理論から定量的に補完することで，プラズマ気液界面の時空間ダイナミクスを解明する．
Outline of Annual Research Achievements	本研究では，プラズマと低次元界面液体との界面層における，電荷・気流，液体形状変化が相互作用することによって起こる特異的な界面反応を解明し，プラズマ照射液体内の反応生成物の完全制御の学術基盤を構築することを目的としている．初年度である 2022年度は，実験装置の製作，計測システムの構築，およびシミュレーションモデルの検討を行った． ①プラズマ生成電荷・活性種の低次元界面液体への独立制御供給技術の開発：2022年度は，液柱流導入装置と単一微量液滴導入装置を製作し，これらの液体に接触させる『電荷制御プラズマ源』と『活性種制御プラズマ源』の設計と製作準備を実施した． ②プラズマ照射低次元界面液体での活性種，電荷，電界，液体形状の計測手法の確立：2022年度は，液滴・液流の電荷計測および活性種計測を行うための，静電プローブおよび選択的化学プローブによる計測システムを構築した． ③低次元界面液体の形状変化と化学反応のシミュレーション手法の開発：2022年度は，プラズマ－液柱流界面を注視したシミュレーションを行うため，数桁の濃度勾配をもつ二層構造液体の流動，気液界面での不安定性に起因する振動や破断，物質濃度等のスカラー量の対流・拡散輸送および化学反応による活性種生成が重畳する複雑系をシミュレートするモデルを検討した．なお本研究課題は，2022年度に採択された基盤研究(S)「プラズマ気液界面反応の時空間ダイナミクス解明が拓く革新的活性種制御合成技術」に引き継ぎ，研究を推進する．
Research Progress Status	令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
Strategy for Future Research Activity	令和4年度が最終年度であるため、記入しない。