2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of one-step synthesis of organic-modified nanopowder by supercritical plasma flow control
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18H01371
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
茂田 正哉 大阪大学, 接合科学研究所, 准教授 (30431521)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 学 大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (20243272)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 流体工学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、超臨界プラズマという特異物質相の流れを利用して、有機修飾複合ナノ粒子の生成量・サイズ・組成を制御しながらクリーンかつワンステップで大量合成するという新手法を流体工学的立場から確立することを目的としている。2018年度は、高速ビデオカメラと分光システムを用いて広範囲のヘリウムアークプラズマとその中に共存する鉄やクロムの金属蒸気プラズマの発光スペクトルを診断し、プラズマ温度等を画像分光計測する手法を確立すると同時に各化学種の空間分布を明らかにした。またX線透過観測装置を用いてプラズマの高温によって形成した溶融金属内部の流動に関する知見を得た。一方で、数値シミュレーションに基づいた理論的研究も行った。研究代表者が構築した数理モデルを用いて、アークプラズマ環境下でナノ粒子が核生成・凝縮・凝集により集団成長しながら対流・拡散輸送されるプロセスを再現し、アークプラズマ外縁の流体力学的不安定性に起因する揺らぎが低温の下流域におけるナノ粒子の空間分布と強い相関を示すことも明らかにした。
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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
二酸化炭素の超臨界化と維持、その中での瞬間的なプラズマの生成には成功している。高速画像分光システムによるプラズマ種の多成分計測法の開発も進んでいる。また、プラズマ流動およびナノ粒子形成・輸送に関する理論的研究の方も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 |
今後は、超臨界環境下でのプラズマの長時間維持を目指し、電極部の改良を行う。またコロナ放電に類似した局所的なプラズマ相の温度を計測するために温度計測法も改良する。並行して現有のシュリーレン計測システムを適用して密度場を計測することで流動場の構造を明らかにする。合成物については、Ｘ線回折(XRD)を用いた組成分析により物質の同定と特性評価および電子顕微鏡(SEM, TEM)を用いた粒径・形状観察を行う。同時に理論的・数値的な研究アプローチも継続し、超臨界プラズマ流動場におけるナノ粒子の形成メカニズムを明らかにするために2018年度に構築した数値計算モデルの拡張を行う。超臨界状態のプラズマ相を表現できる数理モデルを構築するために原子・分子スケールの物理化学からマクロスケールの流体現象に渡るマルチスケール・マルチフィジックスモデルの構築を行っていく。
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