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医療・環境浄化用ナノ粒子プラズマ流体システムの最適制御

Research Project

Project/Area Number 04J04289
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Fluid engineering
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

茂田 正哉  東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2004 – 2006
Project Status Completed (Fiscal Year 2005)
Budget Amount *help
¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
Fiscal Year 2005: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2004: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Keywordsプラズマ / ナノ粒子 / 核生成 / 凝縮 / 数値解析 / 電磁流体
Research Abstract

ホウ化チタンナノ粒子を創製するプロセスに着目した.ホウ化チタンは高融点・高硬度・高耐摩擦性を有することから,切断機・耐衝撃アーマー・耐摩耗皮膜に応用されており,そのナノ粒子の大量生産が産業的に強く求められている.ホウ化チタンナノ粒子はホウ素と金属チタンを原料として熱プラズマに注入し,瞬時に蒸発させ,プラズマの下流域で再凝縮させるというプロセスを経て創製することができる.しかしながら,これらの原料に飽和蒸気圧が大きく異なるため,ナノ粒子の粒径や質にばらつきが出てしまう.また生成機構そのものが未解明であった.
そこで本研究では,熱プラズマを用いたホウ化チタンナノ粒子創製プロセスに対して,熱プラズマの熱流動現象・原料粒子の熱伝達過程・2種類の原料からの核生成および共凝縮によるナノ粒子生長過程を包括的にモデル化し,数値解析を行うことでその生成機構を解明した.
解析結果から,高温領域において,まずホウ素が均一核生成および不均一凝縮によって自身のナノ粒子を作り,そこにチタン蒸気が不均一凝縮することでホウ化チタンナノ粒子が創製されることが新たな知見として得られた.また大きな粒径を持つナノ粒子ほど高いホウ素含有率を示すという結果も得られた.これから推測されるホウ化チタンの組成は既存の実験的研究結果とも良く一致したことから,モデルは妥当であったと言える.逆に本モデルを用いることで,その条件において創製される化合物ナノ粒子の粒径や組成をある程度推測することが可能になり,大幅な実験コストの削減につながることができる.
また実際の材料プロセスにおいて,高機能化を図るために解離性気体が混入され,それらの非平衡現象が重要な役割を果たすことから,高周波誘導プラズマそのものに対し,より詳細な物理モデルを導入して数値解析を行った.これにより,従来のプラズマ流のモデル計算より緻密な現象の把握が可能になった.

Report

(2 results)
  • 2005 Annual Research Report
  • 2004 Annual Research Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2006 2005 2004

All Journal Article (14 results)

  • [Journal Article] Modeling of Non-Equilibrium Argon-Oxygen Induction Plasmas under Atmospheric Pressure2006

    • Author(s)
      Nobuhiko Atsuchi, Masaya Shigeta, Takayuki Watanabe
    • Journal Title

      International Journal of Heat and Mass Transfer 49・5-6

      Pages: 1073-1073

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Modeling of Non-Equilibrium Argon-Hydrogen Induction Plasmas under Atmospheric Pressure2006

    • Author(s)
      Takayuki Watanabe, Nobuhiko Atsuchi, Masaya Shigeta
    • Journal Title

      Thin Solid Films (accepted)

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Multi-Component Co-Condensation Model of Ti-Based Boride/Silicide Nanoparticle Growth in Induction Thermal Plasmas2006

    • Author(s)
      Masaya Shigeta, Takayuki Watanabe
    • Journal Title

      Thin Solid Films (accepted)

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Numerical Analysis for Preparation of Silicon-Based Intermetallic Nano-Particles in Induction Thermal Plasma Flow Systems2005

    • Author(s)
      Masaya Shigeta, Takayuki Watanabe
    • Journal Title

      JSME International Journal, Series B 48・3

      Pages: 425-425

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Numerical Analysis for Co-Condensation Processes in Silicide Nanoparticle Synthesis Using Induction Thermal Plasma at Atmospheric Pressure Conditions2005

    • Author(s)
      Masaya Shigeta, Takayuki Watanabe
    • Journal Title

      Journal of Materials Research 20・10

      Pages: 2801-2801

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Numerical Analysis of Metallic Nanoparticle Synthesis Using RF Inductively Coupled Plasma Flows2005

    • Author(s)
      Masaya Shigeta, Hideya Nishiyama
    • Journal Title

      Transactions of the ASME, Journal of Heat Transfer 127

      Pages: 1222-1222

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Preparation of Silicon-Based Intermetallic Nanoparticles in Induction Thermal Plasmas2005

    • Author(s)
      Takayuki Watanabe, Masaya Shigeta
    • Journal Title

      Abstract Book of The 43rd Symposium on Basic Science of Ceramics 1E-S6

      Pages: 218-219

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Numerical Modeling of Non-Equilibrium Argon-Hydrogen Induction Plasmas under Atmospheric Pressure2005

    • Author(s)
      N.Atsuchi, M.Shigeta, T.Watanabe
    • Journal Title

      プラズマ科学シンポジウム2005/第22回プラズマプロセシング研究会 プロシーディングス 1

      Pages: 109-110

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      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Effect of Oxygen Injection on Argon Induction Plasmas by Chemically Non-equilibrium Modeling2005

    • Author(s)
      N.Atsuchi, M.Shigeta, T.Watanabe
    • Journal Title

      プラズマ科学シンポジウム2005/第22回プラズマプロセシング研究会 プロシーディングス 1

      Pages: 111-112

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      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Numerical Analysis for Formation Mechanisms of Silicide Nano-Particles in an RF Induction Plasma2005

    • Author(s)
      M.Shigeta, T.Watanabe
    • Journal Title

      プラズマ科学シンポジウム2005/第22回プラズマプロセシング研究会 プロシーディングス 1

      Pages: 145-146

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Numerical Analysis of Nano Metallic-Particle Synthesis in an Advanced RF Inductively Coupled Plasma Flow2004

    • Author(s)
      Masaya Shigeta, Hideya Nishiyama
    • Journal Title

      Abstracts of the 5th International Conference on Multiphase Flow 1

      Pages: 148-148

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Numerical Analysis for Nano-Particle Synthesis of Silicon-Based Intermetallic Compounds Using an Induction Thermal Plasma2004

    • Author(s)
      Masaya Shigeta, Takayuki Watanabe
    • Journal Title

      Program of the 57th Annual Gaseous Electronics Conference, Bulletin of the American Physical Society 1

      Pages: 41-41

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Effect of Oxygen Injection on Argon Induction Plasmas by Chemically Non-eqilibrium Modeling2004

    • Author(s)
      Nobuhiko Atsuchi, Masaya Shigeta, Takayuki Watanabe
    • Journal Title

      Program of the 57th Annual Gaseous Electronics Conference, Bulletin of the American Physical Society 1

      Pages: 53-53

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Numerical Analysis for Preparation of Silicon-Based Intermetallic Nano-Particles in Induction Thermal Plasma Flow Systems2004

    • Author(s)
      Masaya Shigeta, Takayuki Watanabe
    • Journal Title

      Abstracts of First International Conference on Flow Dynamics 1

      Pages: 31-31

    • Related Report
      2004 Annual Research Report

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Published: 2004-04-01   Modified: 2024-03-26  

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