2020 Fiscal Year Annual Research Report
液滴を用いたプラズマ誘起液相反応利用のためのプラズマと液滴の相互作用の解明
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18H01207
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
杤久保 文嘉 東京都立大学, システムデザイン研究科, 教授 (90244417)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中川 雄介 東京都立大学, システムデザイン研究科, 助教 (80805391)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | プラズマ液体相互作用 / 液滴 / エレクトロスプレー / コロナ放電 / 誘電体バリア放電 / 放電数値解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，(i)誘電体バリア放電へ液滴を導入した系，(ii)コロナ放電を伴うエレクトロスプレーの系，の2種の系において，実験とモデリング・数値解析からプラズマと液滴の相互作用の解明を目的とする。今年度の成果概要は以下の通りである。
系(i)について：ディスペンサー（インクジェット装置）から平行平板誘電体バリア放電型（100 kHz電圧駆動）の大気圧ヘリウムプラズマ内に直径約100 umの水滴を導入し，プラズマ内での水滴の挙動を高速度カメラで観測した。約3 m/sの速度でプラズマ内に射出された液滴は，速度や粒径の大きな変化を伴わずプラズマ内を5 ms程度で通過した。これは，液滴導入によるプラズマへの影響を最小化して液滴とプラズマの相互作用を制御できる可能性を示す。数値解析では，前年度に開発したプラズマ中の単一液滴の帯電・プラズマ誘起液相反応モデルを用い，硝酸銀水溶液の液滴内に誘起される反応の詳細を計算した。プラズマ中の液滴内では界面近傍で同時に起こる酸化・還元反応を起点として反応が進行すること，帯電は10 us以下，液滴内反応は1 ms以下の時間で変化することが明らかになった。
系(ii)について：前年度に引き続き，トリチェルパルス放電を伴うテイラーコーン形成及び微小液滴の放出過程を高速度カメラで観測した。液滴の諸特性（表面張力，導電率，粘度）に依存するが，放電に伴う液滴先端の振動と曲率半径の変化に起因する電界が放電と液滴放出の特性を決定することが明らかになった。さらに，印加電圧として直流電圧に交流電圧を重畳することにより，放電と液滴放出を制御可能であることが示された。１次元流体モデルによる同心球殻電極間のトリチェルパルス放電の数値解析より，中心電極の半径を時間的に変化させることで，実験で観測された特異なトリチェルパルス様の電流波形が再現され，前述の仮説の妥当性が示された。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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