超臨界熱プラズマジェットによるナノ材料の生成

2011 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 23540576
• Research Institution: Ehime University
• Principal Investigator: 前原 常弘 愛媛大学, 理工学研究科, 教授 (40274302)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 川嶋 文人 愛媛大学, 農学部, 寄付講座准教授 (60346690)
• Project Period (FY): 2011-04-28 – 2014-03-31
• Keywords: 超臨界 / アルゴン / プラズマジェット

Research Abstract

申請者らはプラズマならびに超臨界流体に関する技術を融合した全く新しいプラズマプロセスの基礎研究を提案してきた。その結果、炭素被覆酸化タングステンナノワイヤーといった複合材料を得ることに成功している。しかしながら、上述の研究では電極をスパッタする方式を取っており、この場合は材料合成に限界がある。加えて、よく知られるように、二酸化炭素は希ガスに比べ、プラズマの発生が困難である。そこで、希ガス、中でも安価なArの超臨界中でのプラズマ発生を検討するに至った。さらに、原料を流すことで、安定的な放電の維持と材料合成を可能となるよう試みている。初年度は研究の基礎を固めることに主目的を置いた。まず、分光器の整備を行った。これは従来から有する１ｍ級分光器にＣＣＤ検出器を取り付け、分子発光計測を行うことで、プラズマの温度を評価しようとするものである。ＣＣＤ検出器の他、光ファイバーやレンズといった光学機器をそろえたことで、分光計測が可能となった。その結果、Ｃ２スワンバンドの計測を行い、4000K程度の温度を有することが明らかとなった。予備実験では「超臨界熱プラズマジェット」に有機銅を投入することで、銅のナノワイヤを得ている。そこで、基礎を固めるために超臨界アルゴンへの有機金属の溶解度を確認した。しかしながら、溶解は確認できず、銅のナノワイヤ生成時には、プラズマに何らかの方法で注入されていることがわかった。今後、スプレー状にするなど、投入への工夫が必要であることが明らかとなった。さらに、最近ではシラン系化合物を投入することで、Si系ナノ材料の作成に取り組んでいる。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

準備の項目で、「電極の最適化」「有機金属の溶解度」「分光器の最適化」を挙げていた。これらは予定通り行われ、プラズマの安定化が達成され、分光計測が可能となった。有機金属の溶解が確認できなかったため、他の投入法を試み、ナノ材料の合成を始めている。概ね予定通りである。

Strategy for Future Research Activity

これまでと同様、幅広いパラメータ（圧力・入力電力・有機金属種・ガス種など）を粗くふり、複合ナノ材料の合成に必要な条件を洗い出す。同時に、プラズマの診断を行うことで、物理的な条件を明らかにする。その後、パラメータを絞り、合成されるナノ材料の形状・大きさ・種類の制御を試みる。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

光学機器関連消耗品、高圧関係消耗品、試薬類、ガスの購入を行う。