| 研究課題/領域番号 |
20H02133
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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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 |
小区分21010:電力工学関連
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| 研究機関 | 大分大学 |
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研究代表者 |
市來 龍大 大分大学, 理工学部, 准教授 (00454439)
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| 研究分担者 |
立花 孝介 大分大学, 理工学部, 助教 (10827314)
金澤 誠司 大分大学, 理工学部, 教授 (70224574)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
18,200千円 (直接経費: 14,000千円、間接経費: 4,200千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2020年度: 12,090千円 (直接経費: 9,300千円、間接経費: 2,790千円)
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| キーワード | プラズマ窒化反応 / NHラジカル / 大気圧プラズマ / レーザー誘起蛍光法 / N原子 / 質量分析 / ＮＨラジカル / 質量分析法 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
地球大気の８割を占める窒素が金属や半導体と化学反応すると，その材料に有用な機能が発現する例が多数知られている．窒素と材料を効率的に反応させる方法として，プラズマ窒化反応が用いられる．この分野ではNHラジカルがプラズマ窒化反応を促進されると言われてきた．そこで本研究ではNHの窒化反応性を詳細に調査し，NHが本当に窒化反応に有用なのか，またどのように有用なのかを明確にする．
具体的にはレーザー誘起蛍光法によりNHを観測する実験系を構築し，最終的にNH密度と窒化反応の相関性を明らかにする．NHの窒化反応性が明らかになれば，エネルギー消費を抑えた新たな高効率窒化技術の創成につながると期待される．
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| 研究成果の概要 |
各種材料プロセスで多用されるプラズマ窒化反応の素過程を明確にする目的で，NHラジカルと窒化能の相関性を調査した。
パルスアーク型大気圧プラズマジェットにレーザー誘起蛍光法を適用し，プルーム中のNHラジカル基底種密度を計測した。その結果，窒素－水素動作ガス中の水素ガス分圧比の上昇に伴い，NH密度が指数関数様に減少することが分かった。一方，同一のプラズマで鉄試料の窒化処理を行ったところ，試料表面にドープされる窒素濃度も同様に指数関数様に減少した。NH密度および窒素濃度の減衰定数はそれぞれ0.92%および0.85%と極めて近い値を示したため，NHラジカルと窒化能に相関性があるという結論に至った。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
プラズマ窒化反応は金属材料の表面硬化に使用され，自動車産業や金型産業など機械コンポーネント製造の分野では必須のプロセス技術である。さらに，各種半導体材料，医療材料，触媒材料など多岐にわたる材料分野でも使用され，近年ではプラズマ農業応用の分野とも関連性が深い。また，窒素はもともと大気の80%を占める元素であるため我が国特有の資源偏在の問題がなく，プラズマ窒化反応は恒久的に使用可能な技術でもある。このように重要な技術の反応素過程が明確になれば，これまでにない高速窒化処理などの技術革新や，プロセスの高効率化による材料加工・熱処理産業におけるカーボンニュートラルの促進が期待される。
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