マイクロ波選択加熱を使った非平衡動的過程のIn-Situ計測実験研究

2010 年度 研究成果報告書

• 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: 18070004
• 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: 巻野 勇喜雄 大阪大学, 接合科学研究所, 准教授 (20089890) ; 西野 信博 広島大学, 工学研究科, 准教授 (70243590) ; 福島 英沖 豊田中央学研究所, 主任研究員 (40394457) ; 下妻 隆 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (80270487) ; 高山 定次 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (40435516) ; 岡島 茂樹 中部大学, 工学部, 教授 (90113084) ; 佐野 三郎 産業技術総合研究所, サステナブルマテリアル研究部門, 主任研究員 (20357164) ; 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 – 2010
• キーワード: マイクロ波加熱機構 / 誘電体・磁性体・金属粉体 / 非平衡 / 電磁波物性

研究概要

マイクロ波帯の電磁界エネルギーが物質中で変換される過程を基礎学理に基づいて研究。マイクロ波の電磁界が、物質中の電子に運動エネルギーを与え、非衝突過程によって累積し、活性化エネルギーの付与、構造相転移の発生という現象を生み出す。
(1)マイクロ波帯は、熱に緩和する前に、活性化エネルギーを供給することを実験的に証明した。(2)マイクロ波加熱では、単色で位相がそろった電磁波を使うため、物質の電子およびイオンに集団(コレクティブ)運動が励起され、ボルツマン分布からの揺らぎを伴う速度空間における非平衡が発生する。(3)また、融点より200～400℃低い温度で、ミクロンオーダーの単結晶を,乱雑な方位で連続した10～50ナノの微細多結晶体構造に分解する現象を見出した。公募研究によって、これらの結果を補強する実験的研究が行われた。即ち、マイクロ波照射下で物質の構造変化をIn-Situに観測するNMR法(内藤)、ラマン散乱によるボルツマン分布からの揺らぎの計測(芦田、和田)である。

研究成果

• [雑誌論文] Oxygen Partial Pressure Change with Metal Titanium Powder Nitriding under Microwave Heating (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Kashimura, J.Fukushima, M.Sato
  • 雑誌名: ISIJ International 51
  • 査読あり
• [雑誌論文] マイクロ波加熱の原理 (2010)
  • 著者名/発表者名: 佐藤元泰
  • 雑誌名: 金属 80 ページ: 5-10
• [雑誌論文] Magnetic Cu-Ni (core-shell) nanoparticles in a one-pot reaction under microwave irradiation (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Yamauchi, Y.Tsukahara, T.Sakata, H.Mori, T.Yanagida, T.Kawai, Y.Wada
  • 雑誌名: Nanoscale Vol.2, No.4 ページ: 515-523
  • 査読あり
• [雑誌論文] In Situ Observation of Nonequilibrium Local Heating as an Origin of Special Effect of Microwave on Chemistry (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Tsukahara, A.Higashi, T.Yamauchi, T.Nakamura, M.Yasuda, A.Baba, Y.Wada
  • 雑誌名: J.Phys.Chem.C Vol.114 ページ: 8965-8970
  • 査読あり
• [雑誌論文] Absorption of microwave energy by spherical nonmagnetic metal particle (2009)
  • 著者名/発表者名: M.Ignatenko, M.Tanaka, M.Sato
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 48 ページ: 067001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication of Ni-Nb-Sn metallicglassy alloy powder and its microwave-induced sintering behavior (2009)
  • 著者名/発表者名: G.Q.Xie, S.Li, D.V.Louzguine-Luzgin, Z.Cao, N.Yoshikawa, M.Sato, A. Inoue
  • 雑誌名: J.Microwave Power and Electromag. Energy 43 ページ: 17
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microwave-induced sintering of NiNbTiPt metallic glass blended with Sn powders using a single-mode applicator (2009)
  • 著者名/発表者名: G.Q.Xie, S.Li, D.V.Louzguine-Luzgin, Z.Cao, N.Yoshikawa, M.Sato, A.Inoue
  • 雑誌名: J.Physics : Conf.Series 144 ページ: 012049
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microwave-induced heating of a single glassyphase and a two-phase material consisting of a metallic glass and Fe powder (2009)
  • 著者名/発表者名: D.V.Louzguine-Luzgin, G.Q.Xie, S.Li, A.Inoue, N.Yoshikawa, M.Sato
  • 雑誌名: Phil.Mag.Lett. 89 ページ: 86
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analysis of electromagnetic fielddistributions in a 915 MHz single-mode microwave applicator Progress In Electromagnetics Research (2009)
  • 著者名/発表者名: G.Q.Xie, M.Suzuki, D.V.Louzguine, S.Li, M.Tanaka, M.Sato, A.Inoue
  • 雑誌名: PIER 89 ページ: 135
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microwave-assisted synthesis of monodisperse nickel nanoparticles using a complex of nickel formate with long-chain amine ligands Bull. (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Yamauchi, Y.Tsukahara, T.Sakamoto, T.Kono, M.Yasuda, A.Baba, Y.Wada
  • 雑誌名: Chem.Soc.Jpn. Vol.82 ページ: 1044-1051
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanism of enhanced heating of salty water and ice under microwaves. (2008)
  • 著者名/発表者名: M.Tanaka, M.Sato
  • 雑誌名: JMPEE (International Microwave Power and Energy Institute) 42 ページ: 62-69
  • 査読あり
• [雑誌論文] Numerical study of microwave heating of micrometer size metal particles (2008)
  • 著者名/発表者名: M.Suzuki, M.Ignatenko, M.Yamashiro, M.Tanaka, M.Sato
  • 雑誌名: ISIJ (Iron and Steel Institute of Japan) 48 ページ: 681-684
  • 査読あり
• [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
  • 年月日: 20110000
• [学会発表] Studies for Generations, Transmissions and Absorptions of Coherent Motions in Solid and Liquid Materials by Microwaves. (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Sato, L.Kashimura, J.Fukushima
  • 学会等名: (invited) Materials science and Technology (MS&T2010)
  • 発表場所: Huston TX
  • 年月日: 20100900
• [学会発表] Microwave Excited Non- equilibrium Reaction Field that Brings Revolution to Key Industries of 21 Century(Invited) (2009)
  • 著者名/発表者名: M.Sato
  • 学会等名: IEICE, MWE2009
  • 発表場所: Yokohama
  • 年月日: 20090000
• [学会発表] A bird eye of the physics to the microwave interactions with materials (2009)
  • 著者名/発表者名: M.sato, M.Tanaka, J.Fukushima
  • 学会等名: 9th AMPERE, Karlsruhe
  • 発表場所: Germany
  • 年月日: 20090000
• [学会発表] Formation of Nano-Domains by Microscopic Thermal Non-Equilibrium Generated in GHz High Frequency Microwave Field (2008)
  • 著者名/発表者名: M.Sato, N.Nishi, A.Matsubara
  • 学会等名: 1st Global Congress on Microwave Energy Applications
  • 発表場所: Otsu, Japan
  • 年月日: 20080000