• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

マイクロ波高温非平衡加熱の研究総括

総括班

研究領域マイクロ波高温非平衡加熱の研究総括
研究課題/領域番号 18070006
研究種目

特定領域研究

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関核融合科学研究所

研究代表者

佐藤 元泰  核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (60115855)

研究分担者 田中 基彦  中部大学, 全学共通教室, 教授 (80167501)
永田 和宏  東京藝術大学, 大学院, 教授 (70114882)
ルスキン ドミトリ (ルズキン ドミトリ)  東北大学, WPI, 教授 (60302212)
吉川 昇  東北大学, 大学院・環境科学科, 准教授 (70166924)
西 信之 (西 伸之)  分子科学研究所, 教授 (60013538)
萩行 正憲 (秋行 正憲)  大阪大学, レーザーエネルギー研究センター, 教授 (10144429)
三宅 正司  大阪大学, 接合科学研究所, 名誉教授 (40029286)
大峰 巌 (大峯 巌)  分子科学研究所, 所長 (60146719)
辻 正治  九州大学, 先導物質科学研究所, 教授 (30038608)
本島 修  核融合科学研究所, 所長 (60109056)
行本 正雄  中部大学, 工学部, 教授 (30434567)
長山 好夫  核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (10126138)
研究期間 (年度) 2006 – 2011
研究課題ステータス 完了 (2011年度)
配分額 *注記
32,300千円 (直接経費: 32,300千円)
2011年度: 3,000千円 (直接経費: 3,000千円)
2010年度: 6,300千円 (直接経費: 6,300千円)
2009年度: 6,300千円 (直接経費: 6,300千円)
2008年度: 6,300千円 (直接経費: 6,300千円)
2007年度: 5,200千円 (直接経費: 5,200千円)
2006年度: 5,200千円 (直接経費: 5,200千円)
キーワード低エネルギーフォトン / エネルギー経路 / 非平衡加熱 / 非アレニウス藩王 / 活性化エネルギーの付与 / 高次構造破壊 / 反応速度 / マイクロ波反応場 / 非平衡物性 / 非平衡熱力学 / ナノ構造 / アレニウスの式 / マイクロ波化学 / 金属酸化物電磁波還元 / マイクロ波工学応用 / マイクロ波選択吸収 / マイクロ波励起超音波 / 構造相転移 / マイクロ波工学 / マイクロ波加熱 / 加熱機構 / ナノマテリアル / 非平衡
研究概要

本研究領域では、強いマイクロ波の電磁界が物質中の電子に、(一)熱という乱雑系(二)集団的電子の運動という仕事(三)化学ポテンシャルの付与および微構造形成に配分されることを明らかにした。(一)はよく知られているように、マイクロ波加熱であり、熱源の置き換えと理解されてきた。特徴的に認められるのは(二)および(三)であるが、この現象は、熱力学的に非平衡を仮定しない限り作り出せないものである。この現象を惹起しているのは、(二)の仕事であり、「仕事がどのようにして作り出されてくるのか?」。電磁波と物質の相互作用、言い換えれば分散関係を基礎に於いて、マイクロ波というコヒーレントな長い波長の電磁波が、媒質との相互作用によってどのように変質し、化学的ポテンシャル、結晶相転移、熱振動に分配されていくかを、多岐にわたる実験によって検証してきたのである。平成23年度には、これらの実験事実を集約し、(1)化学ポテンシャルの付与・(見かけの)活性化エネルギーの低下、(2)微構造における高次構造破壊、(3)マイクロ波磁界に照射によるボルツマン分布とは異なる紫外線域の発光を、特徴的に見い出したのである。このような、可視光領域より3~5桁低いフォトンエネルギーの電磁波による数eV以上の電子励起という挙動は,新しい波動物性物理を展開させる十分高いポテンシャルを持つだけでなく,物質の状態として「固体の非晶質状態・液体のクラスター構造」を新たに定義すべきことを示している。これらの研究を基礎として、熱に代わる新しいエネルギー源として、マイクロ波帯の電磁波の高度利用による工学的研究を強力に推進してきたである。その成果として、工業規模におけるマイクロ波による錆びない超高純度鉄の生成、環境処理技術が生み出され、産業界の注目を集めている。23年度は、この成果を積極的に公表してきたのである。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

化学ポテンシャルの付与・(見かけの)活性化エネルギーの低下、微構造における高次構造破壊、についての発見は、平成22年度までに見いだされてきたものであるが、この現象が本当に物性学上の非平衡によってもたらされているという論理的な必要十分条件の検証は未完であった。研究領域で得られたデータ、発表した論文を詳細に検討してゆく過程で、マイクロ波磁界に照射によるボルツマン分布とは異なる紫外線域の発光を確認し、本特定領域で整備した2次元分光器を使った追試に実験により事実を確認した。この結果、強いコヒーレントなマイクロ波電磁界は、物性学上の非平衡をもたらすことを証明する必要十分条件が得られたのである。この成果は、Physical Rev.Lettersに、投稿中である。

今後の研究の推進方策

本特定領域は終了したが、その成果を元にして特定非営利活動法人「日本電磁波エネルギー応用学会」が発足し、学術的研究が深められていると共に、多数の企業に於いて、新しいエネルギー利用としてマイクロ波エネルギーの応用研究開発が進められている。

報告書

(8件)
  • 2011 実績報告書
  • 2010 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2009 実績報告書
  • 2008 実績報告書   自己評価報告書 ( PDF )
  • 2007 実績報告書
  • 2006 実績報告書
  • 研究成果

    (39件)

すべて 2012 2011 2010 2009 2008 2007 その他

すべて 雑誌論文 (17件) (うち査読あり 15件) 学会発表 (10件) 図書 (2件) 備考 (4件) 産業財産権 (6件)

  • [雑誌論文] Non-thermal Energy Transfers under Irradiations of Monochromatic Coherent Microwave2012

    • 著者名/発表者名
      M.Sato, J.Fukushima, K.Kashimura
    • 雑誌名

      Phys.Rev.Letters

      巻: (掲載確定)

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Oxygen Partial Pressure Change with Metal Titanium Powder Nitriding under Microwave Heating2011

    • 著者名/発表者名
      K.Kashimura, J Fukushima, M.Sato
    • 雑誌名

      ISIJ International

      巻: Vol.51 ページ: 181-185

    • NAID

      10028269157

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Numerical analysis of the microwave heating of compacted copper powders in single-mode cavity2011

    • 著者名/発表者名
      M.Ignatenko, M.Tanaka
    • 雑誌名

      Jpn.J.Appl.Phys

      巻: 50 ページ: 97302-97306

    • NAID

      40019010417

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Microwave-induced sintering of Cu-based metallic glass matrix composites in a single-mode 915-MHz applicator2011

    • 著者名/発表者名
      S.Li, G.Q.Xie, D.V.Louzguine, M.Sato, A.Inoue
    • 雑誌名

      Metall.Mater.Trans.A

      巻: 42 ページ: 1463-1467

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nucleation and growth of magnetic Ni-Co (Core-Shell) nanoparticles in a one-pot reaction under microwave irradiation2011

    • 著者名/発表者名
      T.Yamauchi, Y.Tsukahara, K.Yamada, T.Sakata, Y.Wada
    • 雑誌名

      Chem.Mater

      巻: 23 ページ: 75-84

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Complex Permittivity of Graphite, Carbon Black and Coal Powders in the Ranges of X-band Frequencies (8.2 to 12.4 GHz) and between 1 and 10 GHz2011

    • 著者名/発表者名
      M.Hotta, M.Hayashi, Michael Thomas Lanagan, Dinesh Agrawal Kazuhiro Nagata
    • 雑誌名

      ISIJ Journal51

      巻: 51 ページ: 1766-1772

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Oxygen Partial Pressure Change with Metal Titanium Powder Nitriding under Microwave Heating2011

    • 著者名/発表者名
      K.Kashimura, J.Fukushima, M.Sato
    • 雑誌名

      ISIJ International

      巻: 51-02 ページ: 181-185

    • NAID

      10028269157

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] マイクロ波加熱の原理2011

    • 著者名/発表者名
      佐藤元泰
    • 雑誌名

      金属

      巻: 80 ページ: 5-10

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Complex permittivity and permeability of a-Fe2O3 and Fe1-xO powders in the microwave frequency range between 0.2 and 13.5 GHz2010

    • 著者名/発表者名
      M.Hotta, M.Hayashi, K.Nagata
    • 雑誌名

      ISIJ, International vol.50

      ページ: 1514-1516

    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effective permittivity and permeability of coated metal powders at microwave frequency2010

    • 著者名/発表者名
      M.Ignatenko, M.Tanaka
    • 雑誌名

      Physics B

      巻: 405 ページ: 352-358

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Selective heating mechanism of magnetic metal oxides by a microwave magnetic field2009

    • 著者名/発表者名
      M.Tanaka, H.Kono, K.Maruyama
    • 雑誌名

      Phys.Rev.B. 79

      ページ: 104420-104420

    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Absorption of microwave energy by spherical nonmagnetic metal particle2009

    • 著者名/発表者名
      M.Ignatenko, M.Tanaka, M.Sato
    • 雑誌名

      Jpn.J.Appl.Phys. 48

      ページ: 67001-67001

    • NAID

      40016627224

    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Micro/nanostructure observation of microwave-heated Fe3O42009

    • 著者名/発表者名
      N. Yoshikawa, Z. Cao, D. Louzguin, G. Xie, S. Taniguchi
    • 雑誌名

      J. Mater. Res. Vol24

    • 関連する報告書
      2008 自己評価報告書
  • [雑誌論文] Selective heating mechanism of magnetic metal oxides by a microwave magnetic field2009

    • 著者名/発表者名
      M. Tanaka, H. Kono, K. Maruyama
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B 79

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Micro / nanostructure observation of microwave-heated Fe_3O_42009

    • 著者名/発表者名
      N. Yoshikawa, Z. Cao, D. Louzguin, G. Xie, S. Taniguchi
    • 雑誌名

      J. Mater. Res.. 24

      ページ: 1741-1747

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 竪型マイクロ波容子路概念設計2008

    • 著者名/発表者名
      佐藤元泰, 永田和宏
    • 雑誌名

      日本金属学会・鉄鋼協会 春期講演会予稿集

    • 関連する報告書
      2008 自己評価報告書
  • [雑誌論文] Numerical study of microwave heating of micrometer size metal particles2008

    • 著者名/発表者名
      M. Suzuki, M. Ignatenko, M. Yamashiro M. Tanaka and M. Saio
    • 雑誌名

      ISIJ 48

      ページ: 681-684

    • NAID

      10027028640

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] The Microwave Technologies and Activities in Japan2011

    • 著者名/発表者名
      M.Sato, K.Kashimura
    • 学会等名
      Material Science and Technology 2011 (MS&T'11)
    • 発表場所
      Columbus, Ohio(招待講演)
    • 年月日
      2011-10-18
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Studies on reaction kinetics under coherent microwave irradiations2011

    • 著者名/発表者名
      M.Sato, J.Fukushima
    • 学会等名
      SPIE 2011(Optics+Photonics)
    • 発表場所
      San Diego, USA(招待講演)
    • 年月日
      2011-08-14
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Energy Transfer Analysis to Clear Microwave Effects in Materials : An Over View2011

    • 著者名/発表者名
      M.Sato
    • 学会等名
      International Conference on Material Advanced Technology 2011 (ICMAT1011)
    • 発表場所
      Singapore(招待講演)
    • 年月日
      2011-06-29
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Theoretical studies of microwave heating of dielectric liquid and magnetic crystal by classical and quantum mechanical molecular dynamics simulations2011

    • 著者名/発表者名
      M.Tanaka, H.Kono, K.Maruyama, Y.Zempo
    • 学会等名
      Microwave and RF Power Applications
    • 発表場所
      Toulouse, France
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Structural relaxation, glass-transition, viscous formability and crystallization of bulk metallic glasses on heating2011

    • 著者名/発表者名
      D.V.Louzguine, A.Inoue
    • 学会等名
      TMS
    • 発表場所
      San Diego, USA
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Energy Transfer Analysis to Clear Microwave Effects in Materials : An Over View (Invited)2011

    • 著者名/発表者名
      M.Sato
    • 学会等名
      International Conference on Materials for Advanced Technology,(ICMAT2011)
    • 発表場所
      Singapore
    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書
  • [学会発表] マイクロ波・テラヘルツ波による加熱の物理機構2010

    • 著者名/発表者名
      M.Tanaka
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      大阪市立大学(シンポジウム(招待講演))
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Physical mechanism of microwave chemical reactions and its applications2010

    • 著者名/発表者名
      M.Sato
    • 学会等名
      Pcifichem2010(環太平洋国際化学会議)
    • 発表場所
      Honolulu Hawaii(招待講演)
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] RF非平衡反応場の科学2009

    • 著者名/発表者名
      佐藤元泰
    • 学会等名
      日本物理学会シンポジウム
    • 発表場所
      熊本大学
    • 年月日
      2009-09-26
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Science and Technology of Microwave-Induced Thermally Non-equilibrim Reaction Fields2008

    • 著者名/発表者名
      M. Sato
    • 学会等名
      Workshop on 1^<st> Global, Congress on Microwaye Energy Applications
    • 発表場所
      Otsu, Shiga Japan
    • 年月日
      2008-08-05
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [図書] マイクロ波化学プロセス技術2011

    • 著者名/発表者名
      和田雄二(編)(共著)
    • 総ページ数
      322
    • 出版者
      シーエムシー出版
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [図書] マイクロ波化学プロセス技術(第四編第4章)2011

    • 著者名/発表者名
      佐藤元泰・永田和宏(監修和田雄二)
    • 出版者
      シーエムシー出版
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://phonon.isc.chubu.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.phonon.nifs.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://phonon.nifs.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://phonon.nifs.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [産業財産権] 竪型マイクロ波製錬炉2010

    • 発明者名
      永田和宏、佐藤元泰
    • 権利者名
      大学法人東京工業大学、大学共同利用機関法人自然科学研究機構
    • 出願年月日
      2010-01-31
    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書
  • [産業財産権] マイクロ波製鉄炉2010

    • 発明者名
      永田和宏、佐藤元泰
    • 権利者名
      大学法人東京工業大学、大学共同利用機関法人自然科学研究機構
    • 出願年月日
      2010-07-29
    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書
  • [産業財産権] 竪型マイクロ波製錬炉2009

    • 発明者名
      永田和宏、佐藤元泰
    • 権利者名
      大学法人東京工業大学、大学共同利用機関法人自然科学研究機構
    • 産業財産権番号
      2009-021040
    • 出願年月日
      2009-01-31
    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書
  • [産業財産権] 竪型マイクロ波溶鉱炉2009

    • 発明者名
      佐藤元泰、永田和宏
    • 権利者名
      自然科学研究機構、東京工業大学
    • 出願年月日
      2009-01-31
    • 関連する報告書
      2008 自己評価報告書
  • [産業財産権] マイクロ波製鉄炉2008

    • 発明者名
      永田和宏、佐藤元泰
    • 権利者名
      大学法人東京工業大学、大学共同利用機関法人自然科学研究機構
    • 出願年月日
      2008-07-31
    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書
  • [産業財産権] マイクロ波製鉄炉2007

    • 発明者名
      永田和宏、佐藤元泰
    • 権利者名
      大学法人東京工業大学
    • 産業財産権番号
      2007-201388
    • 出願年月日
      2007-08-01
    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書

URL: 

公開日: 2006-04-01   更新日: 2018-03-28  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi