2013 Fiscal Year Research-status Report
酸素ラジカル密度計測のための電流加熱白金触媒プローブによるプラズマ表面処理の研究
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25390111
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Tokyo City University |
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Principal Investigator |
小野 茂 東京都市大学, 工学部, 教授 (80097170)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 酸素原子ラジカル / 触媒プローブ / 表面処理 / 白金 |
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| Research Abstract |
プラズマ処理においては、最も期待されるラジカルによる化学的作用の他に、イオン衝突による物理的な作用、紫外線照射による光学的作用、熱的な作用などが同時に作用し、低気圧から大気圧までの各種プラズマ源における処理機構の解明や処理条件の最適化に困難をきたしている。この研究では複数のプラズマ源を用いて、重要な役割を果たす酸素ラジカル密度の絶対値を触媒プローブで空間分布計測を行い、電子温度や密度などのプラズマパラメータの空間分布と合わせて、様々なプラズマ源に対して処理機構の解明と最も効果的なプラズマ表面処理を行うための指針を提供する。
複数種類のプラズマ装置を用いて研究を進めるが、プラズマパラメータの測定方法が確立している低気圧プラズマ装置をはじめに取り上げた。表面処理としては親水化処理を先行して行なった。取り扱ったプラズマ装置は次の2種類である。
表面波プラズマ装置を用いた研究について述べる。これまでの研究においてラジカルの空間分布と親水化処理の間には極めて良い相関が得られていることから、処理表面に到達するラジカル数が処理効果を決定すると考えられるので、酸素ラジカル密度の絶対値を計測し、ラジカルフラックス×処理時間が処理表面に到達するラジカル数となるので、様々なラジカル密度の位置でラジカルフラックス×処理時開か一定値となる条件で処理を行い、ポリイミドについて照射ラジカル数と水接触角の関係を示せた。
次に石英円筒型プラズマ装置を用いた研究について述べる。今回はプラズマ生成部と下流の処理領域の間にマイクロ波電力の漏れを軽減するためのワンターンコイルの設置により、下流部ではプラズマの漏れの無い酸素ラジカルが処理の主体となる環境を実現し、親水化処理における流れに沿っての酸素ラジカル密度の変化の効果を直接的に観測することが出来た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
表面波プラズマ装置を用いたポリイミドの親水化処理の研究においてはプラズマパラメータの変化、酸素ラジカルの空間分布などについてほぼ順調に研究が進んでいるが、酸素ラジカル照射量と水接触角の計測において、予想以上に酸素ラジカルの拡散距離が長く、プラズマからかなり離れた位置においても数秒間の短時間の内に処理が進行し、照射された酸素ラジカル数と水接触角の間の関係に曖昧さが含まれてしまった。より低密度の酸素ラジカルの測定においては、ガス温度の変化の詳細を考慮しなければ信頼性の高い結果が得にくいという状況に至った。また、酸素ガス流入量の制御により酸素ラジカル数密度の制御を試みたが、真空装置に若干のリークがあり低酸素流入時の制御が十分ではなかった。
石英円筒型プラズマ装置においてはプラズマパラメータの変化、広範囲に亘る変化する酸素ラジカル環境下での処理結果の観測が行えている。現段階では装置の作動気圧領域が数トールの域での実験が中心となっているため、気圧領域を変化させることで新たな知見が得られるものと思われる。さらに、追加の調査が必要となる。
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| Strategy for Future Research Activity |
低気圧プラズマ源に関係する内容としては、これまで取り組んできた表面波プラズマ源および石英円筒型プラズマ装置を用いて、十分でなかった点を補うことを行う一方、触媒プローブでは測定が困難な低密度酸素ラジカル密度計測法について取り組んでいく。
一方、当初からの計画であった大気圧プラズマ源を用いた処理についても二つのプラズマ源を用いた研究を行う。
第１の装置としては、マイクロ波励起大気圧プラズマ源である。装置の基礎的な動作の確認についてはすでに済んでいるが、酸素ラジカル計測関係では高温のガス流中での触媒プローブ計測となるので、高温ガス流によってもたらされたエネルギーと白金表面での酸素ラジカルの再結合によるエネルギー供給の区別をする工夫が必要である。ここでは、触媒プローブと同一形状で触媒作用の無い金属によるプローブを参照プローブとして、高温ガス流の効果を計測し、触媒プローブの計測結果を補正することで酸素ラジカル密度の計測を試みる。
第２の装置としては誘電体バリア放電プラズマ装置である。酸素ラジカル生成のために酸素ガスを導入した場合、オゾンが高密度で生成され、オゾンの効果と酸素ラジカルの効果を分離して観測することが必要である。プローブとなる白金細線に通電による電流加熱を行い、様々な温度領域におけるプローブ特性から必要な情報を取得することを試みる。
以上の実験を通して表面処理における酸素ラジカルの効果を把握し、その後は実験結果の検討を理論計算と対比しながら次年度で行い、研究のまとめとする予定である。
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