Basic study on recycling method of ITO transparent conductive substrate using pulsed arc discharge
| Project/Area Number |
22K14252
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 21010:Power engineering-related
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| Research Institution | Kagawa National College of Technology |
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Principal Investigator |
山下 智彦 香川高等専門学校, 機械電子工学科, 講師 (20846109)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
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| Keywords | パルスパワー / アーク放電 / プラズマ / ITO / インジウム / レアメタル / リサイクル / 分離処理 / パルスアーク放電 / ITO透明導電性基板 / 金属分離 |
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| Outline of Research at the Start |
高い透明性・導電性を持つ透明導電性基板は，スマートフォンのディスプレイなどに用いられており，その需要の多さから使用済み製品のリサイクルが課題になっている。透明導電性基板は絶縁物上に導電膜が成膜された複合材料であるため，リサイクルするためには分離処理が必要となる。また，現在最も多用されているITO透明導電性基板にはレアメタルであるインジウムが使用されており，わが国の物質戦略の観点からも費用対効果の高いリサイクル法の開発が望まれている。本研究では，パルスアーク放電を用いたITO透明導電性基板のリサイクル方法の確立を目的として，導電性物質の分離特性，評価方法，効果的な電極配置等について検討する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，パルスアーク放電を適用することでITO透明導電性基板を絶縁物とインジウムを含む導電性物質に分離する新しいリサイクル方法の確立を目的として，導電性物質の分離特性，評価方法，効果的な電極配置等について検討するものである。2022年度は，ITO透明導電性基板へのパルスパワーの適用により，導電性物質（ITO）を剥離できることを明らかにした。また，照明と画像解析ソフトを組み合わせた剥離面積の評価方法の確立により，透明度の高い透明導電性基板における剥離面積の定量分析を可能にした。2023年度は，パルスパワーを用いたITO透明導電性基板からのITO剥離において効果的な電極形状等について検討を行った。具体的には，針-針電極と平板-平板電極を作製し，それぞれをITO透明導電性PET基板上に設置してパルスパワーを適用した。パルスパワー適用によってITOを剥離した後の試料表面の様子を得ることで剥離面積の比較を行った。なお，各電極の間隔は20 mmとし，試料と電極は接触している。本条件の場合，針-針電極と比較して平板-平板電極を用いた場合は約3倍の面積が剥離処理可能であることを明らかにした。平板-平板電極を使用した場合，針-針電極に比べて電流密度の高い領域が広いことが剥離面積の拡大に寄与していると考えられる。また，高速度カメラによって導電性物質の剥離に伴うプラズマの様子を撮影した。平板-平板電極を用いた際に，電極間を橋絡するアーク放電に加えて試料中央付近において比較的弱い発光が確認された。以上の検討に加えて，コロナ放電式の電気集塵装置を作製し，剥離された金属の微粒子を回収することにも成功した。
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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
2023年度は，パルスアーク放電を用いたITO透明導電性基板からの導電性物質の分離処理における電極形状および電極配置の検討，加えて高速度カメラによる導電性物質分離処理中に発生する放電プラズマの撮影を計画していた。予定していたとおり，電極形状および電極配置を変化させながらパルスパワーを適用して分離特性を得ることで，効果的な電極形状・配置について検討できた。また，高速度カメラによってアーク放電に加えて剥離処理において発生する弱いプラズマを観測することができた。以上の検討に加えて，金属微粒子の回収にも成功している。ただし，パルスパワー電源の充電エネルギーの影響については一部実施できなかった部分があるが，おおむね順調に進んでいると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
2024年度は，2023年度までに得られた結果のまとめを行い，パルスパワーを用いたITO透明導電性基板からの導電性物質の分離に関する新技術として提案する。なお，2024年度は2023年度に一部実施できなかったパルスパワー電源の充電エネルギーの影響について実施するとともに，再現性の取得を目的として追加実験を実施する。研究成果については国際学会誌への投稿，国際会議での発表を行う。また，本研究の成果を基に，ITO透明導電性基板からのインジウムならびにプラスチックやガラスのリサイクルシステム構築に関する基礎的な検討を行う。
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Report
(2 results)
Research Products
(6 results)
