2023 Fiscal Year Annual Research Report
多機能高送達性ナノ粒子シングルステップ合成を実現する超臨界プラズマ流の創成と制御
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21H01249
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
茂田 正哉 東北大学, 工学研究科, 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) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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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、シングルステップで生成量・サイズ・組成を制御しながら多機能高送達性ナノ粒子を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。2023年度は、超臨界状態にある二酸化炭素中で、プラズマ相を連続的に生成・維持するために高電圧パルス放電によりそのロバスト性を高めることに注力した。また、アークプラズマと相互作用する金属陰極表面において気泡が破裂し、それに続いて微小な溶融金属液滴が放出される様子を、光学的処理を施したハイスピード撮影によって捉え、電磁流体力学的考察によりその発生メカニズムを明らかにした。さらに、高温プラズマ環境における二元系合金磁性ナノ粒子群の集団成長過程を実験計測と数理モデリングを基盤とした解析の両面から明らかにした。プラズマ－非電離気体共存系の電磁熱流体挙動を捉えるために研究代表者が独自に開発してきた数値計算手法を用いて、２万Kに及ぶアークプラズマが誘発する乱流渦群が急激な熱膨張による局所逆流に起因して生じる過程をシミュレーションによって捉えることに成功した。並行して水由来の高反応性プラズマ流が周囲の窒素および酸素を巻き込むことで反応場が動的に変化することも明示した。さらに、固相および液相の共存する連続体を平滑化粒子流体力学法によってモデル化し、溶融・凝固をともなう金属の溶落ち・流動・熱エネルギー輸送を再現・解析できる数値シミュレーションを実現した。
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| Research Progress Status |
令和5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5年度が最終年度であるため、記入しない。
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