Elucidation of atomization mechanism and high-precision analysis of nano/microplastics by atmospheric pressure plasma

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K04856
• Research Institution: Aichi University of Technology
• Principal Investigator: 松浦 寛 愛知工科大学, 工学部, 教授(移行) (50561411)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 古川 祐光 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究チーム長 (00300898)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 超音波霧化 / 霧化メカニズム / ジェット霧化 / 微粒子分布 / 大気圧プラズマ

Outline of Annual Research Achievements

本研究は以下の３項目の達成を目指している：1.振動板を使った超音波霧化のメカニズムの解明。2.霧化粒子を利用した微粒子の2次元分布および分布状態の統計処理。3.大気圧プラズマ発生装置の開発および本装置によるマイクロプラスチック内重金属の高精度解析。

上記1に関する昨年１年間（2021年度）の取り組みおよび達成度：①振動板特性の変更に伴う霧化効率の変化および霧化発生時の温度計測を行い論文を投稿した。現在論文は査読中であり、この論文は霧化メカニズムの３つの仮説の１つを判定できるものだと考えている。また、霧化の発生に伴い、特異的に生成および消滅する信号の検出に成功した。現在データ解析を終え、30日以内に論文を投稿する予定。

上記２つの論文を支える重要な基礎技術として、高精度な給水システムを開発した：通常霧化装置への給水は、実験前に１リットル程度を補給しておき、実験中は無給水で行うか、霧化量とほぼ同等の一定量の水を補給しながら行う。一方我々は、霧化に伴い数mg/sec程度で不規則に減少する超音波振動子上の水量と同量の水を連続補給し、振動子上の水量を厳密に一定に保ちながら実験を行うための装置を開発した。
この給水システムを利用し、今後も霧化メカニズムの解明に取り組む予定。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

昨年1年間は、３つの研究対象の1つである、超音波霧化のメカニズム解明に注力し、2本の論文投稿の目途が立った。しかし、理想的には3月末までに論文の投稿を済ませ、本年4月からは、残り２つ（微粒子の2次元分布と大気圧プラズマ発生装置の開発）のテーマにフォーカスを移行する予定であった。

上記の理由により、現時点の進捗状況を“理想よりやや遅れている”と自己判定した。

Strategy for Future Research Activity

上記２つの論文処理と並行し、6月1日から以下の優先順位で、次の３つの研究にフォーカスを移行する予定。
1. 大気圧プラズマ発生装置の改良： 昨年までに試作した、CCPおよびICP型大気圧プラズマ発生装置を、霧化粒子を投入した状態でも安定稼働できるように装置改良を行う予定。
2. 微粒子(プラスチックや金属)を購入または作製： 上記１で改良した大気圧プラズマ発生装置へサンプリングするための微粒子を準備する予定。
3. 超音波霧化において発生するとされるキャビテーションの検出： 超音波霧化の発生には、キャビテーションが関わっているとされているが、実際に検出を試み、霧化への影響を検証する予定。
補足：上記２の微粒子の準備に関しては、理想的には新しい手法でサンプル作製を行う方が好ましいと考えている。このため、時間が許す限り、微粒子は購入せず、独自の微粒子作製法を開発し実験を遂行する事を目指す。

Causes of Carryover

ソーラボジャパン株式会社からビームスプリッター等を購入する際、当社はアメリカに本拠地をもつ輸出入代理店であるため、見積取得時期と購入時期の為替レートの違いにより、若干（237円）の誤差が生じた。この金額は、次年度の物品もしくは消耗品購入のため、有効に活用する予定。