| 研究課題/領域番号 |
20H00239
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分21:電気電子工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 金沢大学 |
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研究代表者 |
田中 康規 金沢大学, 電子情報通信学系, 教授 (90303263)
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| 研究分担者 |
石島 達夫 金沢大学, 電子情報通信学系, 教授 (00324450)
瀬戸 章文 金沢大学, フロンティア工学系, 教授 (40344155)
中野 裕介 金沢大学, 電子情報通信学系, 助教 (60840668)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
45,890千円 (直接経費: 35,300千円、間接経費: 10,590千円)
2022年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2021年度: 16,250千円 (直接経費: 12,500千円、間接経費: 3,750千円)
2020年度: 24,050千円 (直接経費: 18,500千円、間接経費: 5,550千円)
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| キーワード | 熱プラズマ / ナノ粒子生成 / 大量生成 / ナノワイヤ / ナノ粒子 / ナノ材料 / 時空間変動場 / 量産化 / 2次元分光 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
独自技術「原料間歇同期投入＋変調熱プラズマ法」を発展させた「タンデム型変調熱プラズマ法」を開発し超高温変動反応場の安定維持と精緻な時空間制御とを両立させる。これにより高純度機能性ナノ材料の大量生成法を実現する：(i)熱プラズマへの電力変調度・変調波形，原料間歇投入位相，冷却ガス間歇導入により超高温・高密度ラジカル場を時空間的に制御しナノ材料への寄与を解明し，粒径制御と大量生成を達成する。(ii) 2次元分光観測・ナノ材料の気相抽出等を駆使した実験と熱プラズマ電磁熱流体数値解析から，原料蒸発とナノ材料生成過程を明確化する。
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| 研究成果の概要 |
金沢大学にて独自開発した「原料間歇同期投入＋変調熱プラズマ法」をさらに発展させ「タンデム型変調熱プラズマ法」を新開発した。これにより超高温変動反応場の安定維持と精緻な時空間制御の両立を実現させた。この手法を用い機能性ナノ材料の大量生成法を試みた。本研究では，熱プラズマへの電力変調度，原料間歇投入位相，冷却ガス間歇導入による超高温・高密度ラジカル場の時空間的制御を行うとともに，それらのナノ粒子生成への寄与を実験的，数値解析的に検討した。その結果，原料蒸発とナノ材料生成過程を明確化でき，高純度金属ドープ酸化物ナノ粒子を880 g/h，次世代電池負極材用Si系ナノ粒子を300 g/hで生成できた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究は「タンデム型変調熱プラズマ」と，独自開発した「原料・反応ガスの同期間歇投入」を組み合わせ「機能性ナノ材料の大量生成法」を新開発したもので，本研究の独創的特色であるとともに，ナノテク分野に大きなインパクトを与える。これまで熱プラズマナノ粒子生成法は高純度ナノ粒子生成可能の特長を有するが低効率であった。しかし本研究での原料・ガス間歇投入型変調熱プラズマ法は，原料・反応ガスからのラジカル反応場と熱流場とを電磁場によりスマートに同時制御し，均一核生成・不均一凝縮過程を制御する，学術的にも新しいプロセスを提供している。本法は種々のナノ材料量産化に適用でき，社会的波及効果・意義は極めて大きい。
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