2021 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of Near-wall Combustion Mechanism for New Flame-based Surface Functionalized Process
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21H04539
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
鈴木 雄二 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (80222066)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
赤松 史光 大阪大学, 工学研究科, 教授 (10231812)
堀 司 大阪大学, 工学研究科, 講師 (40744066)
范 勇 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (40748662)
齋木 悠 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60550499)
李 敏赫 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (80828426)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2024-03-31
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| Keywords | 燃焼 / 固体壁面 / 表面機能化 / 壁面吸着種 / レーザー計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
燃焼現象は加熱用途だけでなく，工業製品の表面機能化にも広く用いられている．その際，火炎は，表面反応による火炎中のラジカルの破壊，あるいは逆に表面反応で生成される化学種の脱離によって規定される化学的境界条件（壁面の化学的効果）によって大きな影響を受けるが，このような表面反応と気相反応が重畳する燃焼場についての従来の理解は 極めて不十分である．本研究では，反応性の高い火炎中のH/O/N原子，表面に吸着したラジカル・化学種をその場計測し，気相・表面 反応が共存する固体表面近傍の燃焼場の物理現象を明らかにして，様々な燃焼応用の表面機能化プロセスの精緻化のための指針獲得を行うことを目的としている．初年度である2021年度は主として下記の取り組みを行った．
1）熱炎における壁面近傍の化学種の精密計測：色素レーザー，ICCDカメラを用いてアンモニア火炎のNH3-TALIF（2光子吸収レーザー誘起蛍光法）計測を行い，壁面にアンモニア火炎を衝突させる場合のアンモニア分布に対する種々のパラメーターの影響を調べた．また，燃焼場でほとんど計測例のないN原子について，文献調査から参照画像用気体の選定，光分解の影響評価，他化学種との干渉の検討を進めた．
2）定量計測に基づく表面反応のモデル化：加熱壁面に燃料と酸素富化させた空気の混合気を衝突させることにより形成する独自の壁面安定化冷炎を対象とし，温度とHCHOを同時計測可能な可変半導体レーザー吸収分光法（TDLAS）による計測システムを新たに構築し．着火・消炎特性に対する圧力の影響を検討した．
3）アンモニア火炎を用いた局所的窒化プロセスの提案：アンモニア火炎を加熱壁に衝突させ，表面硬さおよび壁面材料中の窒素原子濃度をそれぞれナノインデンター２次イオン質量分析法（SIMS）により計測し，材料によって窒化の状況が大きく異なることを明らかにした．
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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
コロナの影響で，共同研究者間の対面での交流ができなかったが，NH3-LIFの構築，N原子計測のための，参照画像用気体の選定，光分解の影響評価，他化学種との干渉机上検討，種々の化学種計測のためのTOF-MS導入と初期的評価，プラズマ分子
線散乱計測を用いた化学吸着の計測，アンモニア火炎による金属表面の窒化の定量計測など，初年度として順調にスタートができた．電子スピン共鳴による計測については，申請額から予算が削られたことから導入することが困難となり，表面吸着種の評価については別途検討を行うこととした．
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| Strategy for Future Research Activity |
コロナ感染症の状況をみながら，対面での研究会を開くなど，研究チームの意思疎通をはかるとともに，国際会議，国際ジャーナルでの発表を積極的に進めていく．
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