2010 Fiscal Year Annual Research Report
粒子輸送と熱的作用を考慮したプラズマと物質の相互ダイナミクスの解析
| Project Area | Creation of Science of Plasma Nano-Interface Interactions |
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21110007
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
杤久保 文嘉 首都大学東京, 大学院・理工学研究科, 教授 (90244417)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
内田 諭 首都大学東京, 大学院・理工学研究科, 准教授 (90305417)
白井 直機 首都大学東京, 大学院・理工学研究科, 助教 (80552281)
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| Keywords | 大気圧プラズマ / 直流グロー放電 / プラズマ-液体界面 / ナノ粒子生成 / 自己組織化 / プラズマシミュレーション / 電解反応 / 古典分子動力学法 |
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| Research Abstract |
本研究では非平衡プラズマと液体が接する場に形成される、プラズマ気液界面での相互作用の解明を目指す。安定なプラズマ気液界面を得ること、液面での電子やイオンの効果を別々に評価するために、液体電極と希ガス流を用いた大気圧直流グロー放電を対象とする。今年度は以下のことを行った。
1.液体電極と希ガス流を用いた大気圧直流グロー放電の診断と応用
(1)電圧の極性や放電電流をパラメータとし、生成される大気圧直流グロー放電や液面の状態を発光分析や高速カメラによる観測から調査した。液体電極に電子が入射する場合は穏やかな放電であるのに対し、イオンが入射する場合は液体の局所的な沸騰、数10μm径の液滴の放出が観測された。放電の熱的影響を回転温度から検討した。
(2)液体陽極として硝酸銀溶液を用いた大気圧直流グロー放電により、銀ナノ粒子を生成した。ナノ粒子生成に対する放電と溶液の条件を精査した。
(3)液体陽極を用いた大気圧直流グロー放電において、陽極上に自己組織化模様が形成されることを見出した。自己組織化模様の形成条件とそのパターンは、電極間距離、電流値、ガス流量、液体の導電率に依存する。また、金属陽極でも自己組織化模様が形成されることを明らかにした。
2.プラズマ気液界面を包含したシミュレーションモデルの構築
(1)気体力学を考慮した大気圧直流グロー放電のシミュレーションを実施した。大気中でHe流を用いた直流グロー放電では、プラズマが形成される領域がHeのモル分率で決定されることを明らかにした。
(2)セルフコンシステントに電極反応を含む一次元電解反応のシミュレーションを実施した。電解反応にプラズマの影響を組み込むために、通常の電解反応とプラズマ支援電解反応の違いを実験により調べた。
(3)気液界面現象として、液体Arに対して低エネルギー粒子を入射した際の界面の様子を古典分子動力学法により調べ、粒子の侵入領域や温度上昇を評価した。
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