2023 Fiscal Year Annual Research Report

プラズマと光の遠隔作用を利用した、形状自在な強反応場の形成

Research Project

Project/Area Number	22H01475
Allocation Type	Single-year Grants
Research Institution	Tokyo Metropolitan University
Principal Investigator	中川雄介東京都立大学, システムデザイン研究科, 助教 (80805391)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	杤久保文嘉東京都立大学, システムデザイン研究科, 教授 (90244417)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Keywords	大気圧プラズマ / オゾン / 光解離 / 酸素原子
Outline of Annual Research Achievements	室温で化学反応性の高い大気圧プラズマは、幅広い分野への展開が期待されている。しかし大気圧プラズマ反応を支配する化学活性種(ラジカル)は寿命が短く、無効消費が多いという課題がある。そこで本研究では、①プラズマで生成した長寿命励起分子を処理対象近傍まで輸送、②高強度紫外(UV)光で長寿命励起分子を光解離してラジカルを生成、の2段階過程により、処理対象近傍の任意の位置で高反応性のラジカルを生成し、無効消費を抑制するとともに、光路に応じた自在な形状で強反応場を形成する。 2023年度は、昨年度に引き続きプラズマ由来長寿命粒子としてオゾンを対象に、オゾンの光解離によるO原子生成特性を解析した。266nmと226nmの二種類の解離用レーザーで生成されるO原子密度を測定した結果、266nm光によるO原子生成効率は4.1×10^(16)/cc/mJであったのに対し、226nm光によるO原子生成効率は6.5×10^(16)/cc/mJとなった。一方、両者の光吸収断面積σの比率はσ(226 nm)/σ(266 nm)= 0.37であることを考慮すると、解離効率=O原子生成効率/吸収断面積は226nm光の方が高いことが示唆される。この要因としては両光源のパルス時間幅の違いによるものである可能性があるが、更なる解析が必要である。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 当初予定していたオゾン光解離によるO原子生成の光源波長依存性を取得し、その結果重要な知見を得ることができた。そのため、研究は概ね順調に進展していると考える。一方、樹脂親水化を指標とした酸化パターニングの評価・解析は検証途中となっているため、検証を完了させる必要がある。
Strategy for Future Research Activity	2024年度は、樹脂親水化による空間パターニング検証を完了させるとともに、OHやN原子等のラジカル生成についても実験的に解析し、プラズマ由来長寿命粒子の光解離による強反応場の局所的形成について汎用設計コードを構築する。