パルス制御形低周波誘導熱プラズマを用いたラヂカル-ナノマテリアルの高速生成

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11555078
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: 作田 忠裕 金沢大学, 工学部, 教授 (80135318)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宮本 昌弘 富士電機総合研究所, 電力技術開発研究所, 課長 ; 滝川 浩史 豊橋技術科学大学, 工学部, 助教授 (90226952) ; 田中 康規 金沢大学, 工学部, 助手 (90303263) ; 松尾 廣伸 静岡大学, 工学部, 助手 (70293610)
• Keywords: ナノマテリマル / 誘導熱プラズマ / パルス変調 / 冷却作用 / 分光測定 / クラスター

Research Abstract

平成12年度での研究実績を以下に示す。
1)各種ガスを混合したパルス変調Ar誘導熱プラズマの温度計測 現有設備備品としてある50kW,450kHz低周波電源を用いてAr/H_2,Ar/N_2,Ar/O_2,Ar/CO_2によりパルス変調誘導熱プラズマの発生に成功した。この際,高周波CTを用いてコイル電流を測定することにより,コイル電流がほぼ方形波形でパルス変調できることを確認した。さらに,プラズマ温度がどのように変動しているのかをArスペクトル観測から計測した。その結果,特に,パルスオフ時における電流レベルを変えることにより,パルス変調周期内の最低温度を制御できることがわかり,プラズマの冷却速度をコントロールできることが判明した。この傾向は,CO_2を混入させた場合に顕著に見出せることがわかった。
2)大口径プラズマへのC+SiおよびCパウダの導入によるクラスター生成 50kW-大口径誘導熱プラズマ源を用いて,CならびにC+Si粉末を注入することにより,Cクラスター生成実験を行った。ここで,C+Si混合パウダを用いた理由は直流アーク法においてSiを埋め込んだC電極を用いた場合,Cクラスターの収率が上昇するとの報告があったためである。この結果をTOF-MSにより質量分析した結果,誘導プラズマにおいても,C+Si混合パウダを用いた方が,Cクラスタを多量に生成させることができることが判明した。さらにこれらの場合について分光観測を行った結果,C+Si混合パウダの場合,プラズマからのC_2分子スペクトルが強く放射されていることがわかった。C_2スペクトルはクラスタ生成の基本単位と考えられており,Si混合によりC_2分子が形成されやすくなったことを示している。
3)クラスター生成へのガス種依存性 ガスをAr主体(100%Ar)のものと,He主体のもの(20%Ar+80%He)とし,C+Si混合パウダを導入した場合について,生成物をTOF-MS分析した。その結果,He主体とした場合の方が高次フラーレンの多量生成が確認できた。このことから,誘導熱プラズマ装置においてもHe主体とした場合クラスターが生成されやすいことが明らかとなった。分光観測においても,He主体の場合にはC2分子スペクトルが顕著に表れることを確認した。

Research Products

• [Publications] M.M.Hossain,K.C.Paul,Y.Tanaka,T.Sakuta and T.Ishigaki: "Prediction of operating region of pulse modulated rf inductively coupled thermal plasma"J.Phys.D : Appl.Phys.. 33. 1843-1853 (2000)
• [Publications] 作田,田中,橋本,香月: "高周波電磁界のAM変調機能を有する誘導熱プラズマ方式の開発"電気学会論文誌A. 120-A. 972-978 (2000)
• [Publications] C.Wang,^*T.Imahori,Y.Tanaka,T.Sakuta,T.Takikawa and H.Matsuo: "Synthesis of fullerens from carbon powder by using high power induction thermal plasma"5^<th> Asia-Pacific Conf on Plasma Sci.& Tech 13^<th> Symp.on Plasma Sci.for Materials. PS-51 (2000)
• [Publications] T.Sakuta,Y.Tanaka,K.C.Paul,M.M.Hossain,T.Ishigaki,: "Non-equilibrium effects in pulse modulated induction thermal plasma for advanced processing"Trans.MRS-J. 125. 35-38 (2000)
• [Publications] Y.Tanaka and T.Sakuta: "Measurement of dynamic response time in pulse modulated thermal plasma"Trans.MRS-J. 125. 293-296 (2000)