2018 Fiscal Year Research-status Report
ラジカル生成促進のための大気圧マイクロ波プラズマの電子温度制御技術の開発
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18K13531
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
鈴木 陽香 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (80779356)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 大気圧プラズマ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
大気圧プラズマは簡易な構成でプラズマ生成が可能であるため、様々な産業への応用が期待される。プロセス速度において最も重要となる化学活性種（ラジカル）供給量は、プラズマの密度とサイズ、電子温度により決定される。申請者はこれまでの研究で大面積表面処理用のメートル級長尺の高密度大気圧マイクロ波プラズマ源を世界で初めて実現した。しかし、高電子密度プラズマであったとしても、電子温度が低ければ生成されるラジカル量が少ないことがプロセスへの応用において問題となる。そこで、本研究では大気圧マイクロ波プラズマの電子温度制御による解離促進手法を確立し、高密度ラジカル生成を目的とする。その具体的な手法として、マイクロ波電力のパルス化、外部からの高速立ち上がりパルス電力印加、触媒による解離アシストを試み、表面処理プロセスへの応用可能性を探る。本研究が成功すればラジカル供給量の制御による大気圧プラズマプロセスの性能の飛躍的な向上が期待できる。
2018年度においては、電磁界シミュレーションを援用し、装置構造の再検討を行った。本研究のプラズマ装置は導波管壁に狭いスリットを設けることにより、スリット間を流れる高周波電流によって発生する電界により放電プラズマを生成する。シミュレーションにより、スリット間の電界強度が向上する装置構造を決定し、装置製作を行った。その結果、安定して長尺のパルスマイクロ波プラズマを生成することに成功した。
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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
本研究では大気圧マイクロ波プラズマにおいて、パルス制御放電等を用いて電子温度制御することにより高密度ラジカルを供給し、表面処理プロセスを行うことを最終的な目的としている。初年度である2018年度においては電磁界シミュレーションを援用し、装置構造を改良、製作することを計画しており、これを実施した。電磁界シミュレーションの結果、スリットを設ける位置やその周辺の最適構造が明らかとなった。
製作された装置によりプラズマを生成し、ハイスピードカメラ及び、高速ゲート付きICCDカメラを用いて観測したところ、安定して長尺のパルス放電プラズマを生成されていることが確認された。
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| Strategy for Future Research Activity |
2018年度の研究において、安定して長尺のパルス放電プラズマを生成することに成功した。このプラズマ生成技術を用いて、次年度においては、パルス条件（周波数・Duty比）を変化させ、プラズマ生成・消滅の時間スケールと電子温度、電子密度の関係性について調査するとともに、ラジカル生成増加の最適条件を検討する。電子温度は制動輻射光から定量評価するとともに、放電ガスに難解離性分子である窒素を用いて、窒素原子発光の観測から解離の効果について定性的に評価する。また、申請者が実績を持つ大気圧質量分析により窒素ラジカル量計測を行うことも検討している。
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