2016 Fiscal Year Research-status Report
新規な熱プラズマ反応場「多相交流アーク」による非白金系触媒ナノ粒子の創製
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15K18265
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
田中 学 九州大学, 工学研究院, 助教 (10707152)
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2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 熱プラズマ / 交流アーク / 交流電極消耗 / 酸化物ナノ粒子 / ナノ粒子前駆体 / 可視化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，特異的な時間変動特性，空間分布特性を有する新規な熱プラズマ発生手法である「多相交流アーク」の基礎現象を解明し，非白金系触媒ナノ粒子の製造プロセスを構築することを目的とした．本年度は，下記の3つのサブテーマを実施した．得られたを基に，多相交流アークを用いた酸化物ナノ粒子，窒化物ナノ粒子の合成に成功した．
(1)多相交流アークの温度特性の解明・・・高速度カメラを用いた温度場可視化システムを適用し，多相交流アークが有する複雑な温度場の時空間特性の解析を行った．多相交流アークの温度変動は数百Hzの変動周期性を有することがわかった．この変動周期は，ナノ粒子生成における時定数よりも十分に短いため，ナノ粒子の生成に影響を及ぼさないことが示唆された．
(2)多相交流アーク中の酸化物ナノ粒子の生成機構の解明・・・多相交流アークに，ナノ粒子原料であるAl，Ti原料を投入し，それらの金属蒸気および酸化物蒸気のプラズマ中での可視化を試みた．特定の波長のみを透過する光学バンドパスフィルターと高速度カメラを組合わせることで，プラズマ中でのナノ粒子前駆体蒸気の動的挙動を明らかにした．
(3)金属電極消耗機構の解明・・・W金属電極の消耗機構を明らかにするために，放電中の基礎過程を可視化した．多相交流アークの定常運転中に生じる電極消耗は，陽極時に生じる電極蒸発および陰極時に生じる溶融液滴飛散を主とした現象であることが見出された．したがって，陰極時と陽極時に生じる現象に対して，それぞれ低減化対策を施すことで，劇的な消耗改善が見られた．
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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
多相交流アーク中でのナノ粒子前駆体の動的挙動を明らかにすることで，生成ナノ粒子の結晶構造および粒径の制御性の向上が示唆された．さらに，生成ナノ粒子中への不純物として，放電電極の消耗に起因する金属酸化物の混入が確認されたため，電極消耗の低減化が重要であることが見出されたが，新規な放電電極構造の導入により解決を図った．これらの成果は，当初想定を大きく上回る成果と考える．一方で，生成ナノ粒子の特性評価に関しては，予定よりも進捗が遅れている．
以上の点を鑑み，「おおむね順調に進展している」と判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
多相交流アーク中の特定化学主からの発光の高速度観察に関して引き続き検討を進め，酸化物，窒化物，炭化物からの発光にも着目した計測を実施することで，プラズマ中での素過程を明らかにし，非白金系触媒ナノ粒子の生成機構を解明する．また，ナノ粒子の特性評価に関しても重点的に行う予定である．
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