| 研究課題/領域番号 |
21H01249
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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19010:流体工学関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
茂田 正哉 東北大学, 工学研究科, 教授 (30431521)
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| 研究分担者 |
田中 学 大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (20243272)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 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 |
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 11,050千円 (直接経費: 8,500千円、間接経費: 2,550千円)
2021年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
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| キーワード | 流体工学 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
超臨界プラズマという特異物質相の流れを利用して、多機能性と高送達性を併せ持つナノ粒子をシングルステップで大量合成するという新手法を流体工学的立場から確立する。超臨界と亜臨界のインターフェース領域を多く広範囲に創成することを量産プロセス実現の鍵と捉え、ナノスケールの物理化学的な素過程とプラズマ相の流動現象に実験的研究と理論的研究の両面からアプローチし、ナノ粒子の合成反応経路と超臨界プラズマの電磁熱流体的特性、およびそれらの相関を明らかにする。
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| 研究成果の概要 |
超臨界状態にある二酸化炭素中でプラズマに接する電極を改良し，高電圧パルス放電との組み合わせによりプラズマをロバストに連続維持できるシステムを開発した。適切な光学処理を施すことで溶融電極挙動の可視化に成功した。集団形成されたナノ粒子群の粒径や組成についてのヒストグラムを得て特性を明らかにした。数値計算コードを新規開発し，プラズマ－非電離気体－ナノ粒子群共存系の電磁熱流体力学シミュレーションを実現することで，プラズマ誘発乱流発生の基礎機構やナノ粒子生成過程の解明に成功した。平滑化粒子流体力学法を拡張して金属溶融・流動・凝固・化合物形成・酸化物輸送を同時に再現・解析できる手法を開発した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
高い生体親和性と送達性を有する多機能性ナノ粒子のシングルステップでの高速合成が可能となり，工学的なブレークスルーによる医療分野発展に寄与する。また学問的観点から本プロセスを構成する個々の物理過程を見ると，電磁流体工学・熱工学・化学工学・材料工学にわたる分野横断型研究であるため，本研究を通して得られる学問的知見は，多機能性ナノ材料合成システムの設計指針を与えるのみならず，各種工学分野と共有できる基礎資料を提供することになり，高い学術的貢献度が付随する。加えて，新規開発した可視化計測法や数値計算コードはその汎用性・拡張性から転用も可能であるため，他分野における技術革新の一助となる潜在性を有する。
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