| 研究課題/領域番号 |
23K20930
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| 補助金の研究課題番号 |
21H01316 (2021-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2021-2023) |
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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 |
金澤 誠司 大分大学, 理工学部, 教授 (70224574)
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| 研究分担者 |
市來 龍大 大分大学, 理工学部, 准教授 (00454439)
立花 孝介 大分大学, 理工学部, 助教 (10827314)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
採択後辞退 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)
2024年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2022年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2021年度: 13,520千円 (直接経費: 10,400千円、間接経費: 3,120千円)
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| キーワード | 励起窒素 / 放電 / レジリエンス作用 / レーザー誘起蛍光法 / ストリーマ / 光励起 / 活性酸素と活性窒素 / 準安定窒素分子 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
空気や水には容易に多くの物質が混じりこんだり、溶け込んだりする。そのため空気の質が向上できれば、空気・水の環境改善からバイオ・医療系の応用にまで適用できる。
本研究では、空気の主成分であり、水に最も触れる「窒素」に着目して、放電プラズマによる励起窒素の利活用を目指す。励起窒素のなかでも準安定準位の窒素分子について、気相中ではレーザ誘起蛍光法で直接観測し、液相中はその化合物を化学プローブ法や電子スピン共鳴法により計測する。寿命の長い準安定準位の窒素に光エネルギーを注入することにより、再励起できれば、準位間でのレジリエンス(回復的)作用により放電プラズマの革新的な反応制御法となる。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、空気を構成する最も重要な分子である「窒素」に注目し、放電プラズマにより生成される励起された窒素の振舞を明らかにした。これまでは放電で生成されるプラズマ中には励起された窒素による放電発光のみが観測されていたが、発光しない準安定準位の窒素について、その時間空間的振舞や放電化学反応における役割を解明した。
励起窒素のなかでも注目を集める準安定準位の窒素分子について、レーザー誘起蛍光法を用いることで放電空間での準安定窒素分子の2次元分布の可視化を成功させた。特に、シングルショットのレーザー誘起蛍光法により準安定準位窒素分子の放電プラズマ空間における時間的・空間的ダイナミクスをストリーマ放電の進展およびその後の発光状態であるアフターグローと同時に観測した。すなわち一つの観測画像は放電とその残光を、もう一つの画像は放電では本来見えない準安定準位の窒素分子を可視化したものであり、それらを同時に実時間（リアルタイム）で追跡できるようになったことが最も大きな成果である。
さらに、準安定窒素分子は存在可能な振動準位が多くあり、そのうち最重要と考えられる基底準位から順に上の４つの振動準位について、生成と消滅の過程を放電後の時間経過とともに解明した。励起窒素分子の化学反応に関する反応モデルを提案し、それが実験結果をうまく説明できることがわかった。通常の放電電極から改良した短ギャップタイプの電極系では、準安定窒素分子の密度は、通常のストリーマ放電やバリア放電に比べて1桁以上多く生成され、プーリング反応により上準位の窒素が生成されるといったレジリエンス（回復的）作用を見出した。
応用面では準安定窒素分子が水との反応でOHラジカルを発生させるため、これら化学反応も調査できる新規な放電プラズマ水処理リアクタを開発し、より放電の効果を取り込める機構を付随したリアクタの提案を行った。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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