2022 Fiscal Year Annual Research Report
Innovative large-scale synthesis technology of pure nanoparticles by spatio-temporally controlled field in tandem-type of induction thermal plasma
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20H00239
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
田中 康規 金沢大学, 電子情報通信学系, 教授 (90303263)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石島 達夫 金沢大学, 電子情報通信学系, 教授 (00324450)
瀬戸 章文 金沢大学, フロンティア工学系, 教授 (40344155)
中野 裕介 金沢大学, 電子情報通信学系, 助教 (60840668)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 熱プラズマ / ナノ粒子 / 大量生成 / ナノ材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，金沢大学にて独自開発した「原料間歇同期投入＋変調熱プラズマ法」をさらに発展させ「タンデム型変調熱プラズマ法」を新開発し，これにより超高温変動反応場の安定維持と精緻な時空間制御の両立を実現させることを目的としている。さらにこの手法を用い機能性ナノ材料の大量生成法を試み，熱プラズマへの電力変調度，原料間歇投入位相，冷却ガス間歇導入による超高温・高密度ラジカル場の時空間的制御を行うとともに，それらのナノ粒子生成への寄与を実験的，数値解析的に検討している。この検討を通じて，次の実績を得た。
まず新導入した「新型RF電源によるタンデム型変調誘導熱プラズマMITP」を用いて，原料を導入してナノ粒子生成を行った。ここでは酸化物ナノ粒子TiO2，Siナノ粒子の大量生成実験を対象とした。まずタンデム型熱プラズマに原料を5-10 g/min以上で大量投入し，酸化物ナノ粒子生成を行った。生成粒子は，SEM, BET，分光光度計などにより粒径分布などを分析した。これによりTiO2ナノ粒子を880 g/hの大量生成を実現し，1kg/hに迫る大量生成に成功した。またSi原料導入時においてはSiナノ粒子生成として300 g/hの大量生成に成功した。Siナノ粒子生成のための電磁熱流体解析プログラムを構築し，それにより数値解析を行った。特にタンデム型変調熱プラズマにおいて，下段コイル電流の大きな振幅変調により熱プラズマの温度場が大きく変動し，それによりガス流の変動が生じることで生成蒸気の急冷が生じ，効率的なナノ粒子生成ができることが判明した。このガス流変動は，熱プラズマの温度変化による，プラズマ媒体の質量密度が大きく変化し，質量保存式を満たすようにガス流が生じることが判明した。このことは今後の変調熱プラズマによるナノ粒子生成の物理を考察する上で極めて重要な情報である。
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| Research Progress Status |
令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Presentation] Measurement of Feedstock Particle Motion in Modulated Thermal Plasmas during Nanoparticle Synthesis2023
Author(s)
Yasunori Tanaka1*, Ryudai Furukawa, Yurina Nagase, Yusuke Nakano, Tatsuo Ishijima, Shiori Sueyasu, Shu Watanabe, Keitaro Nakamura
Organizer
ISPlasma2023/IC-PLANTS2023, 06P-P1-13, 2023.3, Gifu, Japan
Int'l Joint Research
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[Presentation] Coagulation and Condensation Rates in Si Nanoparticle Growth at Different Feeding Durations of Feedstock Using Tandem Modulated Induction Thermal Plasmas2022
Author(s)
Yurina Nagase, Yasunori Tanaka, Yusuke Nakano, Tatsuo Ishijima, Shiori Sueyasu, Shu Watanabe, Keitaro Nakamura
Organizer
The 75th Annual Gaseous Electronics Conference/11th Int. Conf. Reactive Plasma (GEC/ICRP-11), GT2.00004, 2022.10, Sendai, Japan
Int'l Joint Research
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[Presentation] Numerical Study on Modulation Induced Entrainment Gas Flow and its Promotion of Nanopowder Synthesis in Pulse-Modulated Induction Thermal Plasmas2022
Author(s)
Yasunori Tanaka, Ryudai Furukawa, Yurina Nagase, Yusuke Nakano, Tatsuo Ishijima, Shiori Sueyasu, Shu Watanabe, Keitaro Nakamura
Organizer
The 75th Annual Gaseous Electronics Conference/11th Int. Conf. Reactive Plasma (GEC/ICRP-11), ET1.00001, 2022.10, Sendai, Japan
Int'l Joint Research
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