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2012 年度 実績報告書

多相ミクロ不均質媒質中におけるプラズマ創成とその応用に関する研究

計画研究

研究領域プラズマとナノ界面の相互作用に関する学術基盤の創成
研究課題/領域番号 21110003
研究機関大阪市立大学

研究代表者

白藤 立  大阪市立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10235757)

研究期間 (年度) 2009-04-01 – 2014-03-31
キーワードプラズマ / マイクロプラズマ / ソリューションプラズマ / 集積化 / 多相媒質 / 揺らぎ / ナノ界面 / Er:YAG
研究実績の概要

平成24年度の研究により,平成23年度に作製した三次元集積化マイクロソリューションプラズマ(3D-IMSP)のプロトタイプを改良することにより,メチレンブルーの分解効率を,従来のゼロ次元ソリューションプラズマに対して,約16倍まで向上させることに成功した.また,分解効率の印加電圧依存性の調査から,寄生放電がまだ残存しており,その抑制によって更なる効率向上が期待できることを明かにした.また,3D-IMSPからの発光を,時間分解分光法を用いて調査した結果,3D-IMSPに外部からArを供給していることにより,Hラジカル,OHラジカルの生成経路として,H2Oの電子衝突解離以外にも,準安定のAr(3P)とH2Oの衝突によるHラジカル,OHラジカルの生成経路があり,これが3D-IMSPの高効率化につながっている可能性を明かにした.更に,気液界面に形成されるナノ界面である電気二重層の時間空間的挙動を,計算により調査した結果,3D-IMSPにおいて電圧を印加した後,プラズマが生成・存在している数百ナノ秒後の時間帯では,電気二重層がほとんど形成されておらず,ラジカルだけが生き残っているミリ秒の時間帯において電気二重層が形成されていることを明かにした.これらと並行して,Er:YAGレーザを用いた新たな気液混合相プラズマ生成法を検討した.プラズマ生成による明確な発光を検出するには至らなかったが,プラズマジェット等で得られている滅菌効果があることを明かにした.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

「つくる」班の使命として,三次元集積化マイクロソリューションプラズマの可能性を提案し,試作・実証したが,従来のソリューションプラズマよりも高効率であることの実証が遅れた.しかし,本年度,その高効率性能が実証され,「つかう」班や企業に対して,各種応用への利用時における優位性を具体的に示すことが可能になった.

今後の研究の推進方策

「みる」班が活用している時間分解発光分光法を本研究で適用することにより,三次元集積化マイクロソリューションプラズマが従来のソリューションプラズマよりも高効率である原因が特定されつつある.しかし,最も重要な基底状態ラジカルの検出は,発光分光では不可能であるため,最終年度では,更に「みる」班の知見を活用し,基底状態ラジカルの検出を試みる.また,「みる」班において気液界面の電気二重層に注目しているグループと連携し,気液混合相プラズマにおけるナノ界面である電気二重層とプラズマとの間の物理・化学的相互作用を明かにし,三次元集積化マイクロソリューションプラズマの制御性向上につなげる.

  • 研究成果

    (24件)

すべて 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (22件) (うち招待講演 8件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Numerical investigation of electric field in gas bubbles surrounded with conductive liquid and dielectric material2013

    • 著者名/発表者名
      T. Shirafuji
    • 雑誌名

      Trans. Mater. Res. Soc. Jpn.

      巻: 38 ページ: 未確定

    • 査読あり
  • [学会発表] COMSOLによるプラズマシースと電気二重層の挙動解析2013

    • 著者名/発表者名
      白藤 立
    • 学会等名
      液界面プラズマの実験・シミュレーション研究会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2013-03-13 – 2013-03-13
    • 招待講演
  • [学会発表] Micro solution plasma - Its Integration and Applications2013

    • 著者名/発表者名
      T. Shirafuji
    • 学会等名
      The 1st International Workshop on Solution Plasma and Molecular Technologies
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2013-03-06 – 2013-03-08
    • 招待講演
  • [学会発表] 大ボリューム液中プラズマの開発と材料プロセスへの展開2013

    • 著者名/発表者名
      白藤 立
    • 学会等名
      プラズマ科学が拓くものづくり新世代
    • 発表場所
      愛知
    • 年月日
      2013-02-26 – 2013-02-26
    • 招待講演
  • [学会発表] Improvement of water treatment efficiency in 3D integrated micro solution plasmas2013

    • 著者名/発表者名
      T. Shirafuji
    • 学会等名
      The 5th International Symposium on Advanced Plasma Science and Its Applications for Nitrides and Nanomaterials
    • 発表場所
      愛知
    • 年月日
      2013-01-28 – 2013-02-01
  • [学会発表] Possibility of plasma generation and sterilization in water using an Er:YAG laser2013

    • 著者名/発表者名
      T. Shirafuji
    • 学会等名
      The 5th International Symposium on Advanced Plasma Science and Its Applications for Nitrides and Nanomaterials
    • 発表場所
      愛知
    • 年月日
      2013-01-28 – 2013-02-01
  • [学会発表] Micro solution plasmas in trabecular-bone-like cellular structure2013

    • 著者名/発表者名
      T. Shirafuji
    • 学会等名
      The 13th International Symposium on Biomimetic Materials Processing
    • 発表場所
      岐阜
    • 年月日
      2013-01-22 – 2013-01-25
    • 招待講演
  • [学会発表] Improvement of water treatment efficiency in solution plasmas with porous dielectric materials2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Himeno
    • 学会等名
      The 30th Symposium on Plasma Processing
    • 発表場所
      静岡
    • 年月日
      2013-01-21 – 2013-01-23
  • [学会発表] Spatiotemporal behavior of electric double layer at plasma-liquid interface2013

    • 著者名/発表者名
      T. Shirafuji
    • 学会等名
      The 30th Symposium on Plasma Processing
    • 発表場所
      静岡
    • 年月日
      2013-01-21 – 2013-01-23
  • [学会発表] On the possibility of plasma generation in water using Er:YAG laser and its application to non-invasive sterilization2013

    • 著者名/発表者名
      T. Shirafuji
    • 学会等名
      The 30th Symposium on Plasma Processing
    • 発表場所
      静岡
    • 年月日
      2013-01-21 – 2013-01-23
  • [学会発表] 液中マイクロプラズマの化学反応解析2012

    • 著者名/発表者名
      白藤 立
    • 学会等名
      局所高密度励起の化学と応用
    • 発表場所
      神奈川
    • 年月日
      2012-12-06 – 2012-12-07
    • 招待講演
  • [学会発表] Three-dimensional integrated micro solution plasmas for nano materials processing2012

    • 著者名/発表者名
      T. Shirafuji
    • 学会等名
      The 65th Gaseous Electronics Conference
    • 発表場所
      U.S.A.
    • 年月日
      2012-10-20 – 2012-10-26
    • 招待講演
  • [学会発表] Numerical calculation of electron density profile in a gas bubble surrounded with conductive liquid and dielectric material2012

    • 著者名/発表者名
      T. Shirafuji
    • 学会等名
      International Union of Materials Research Society - International Conference on Electronic Materials 2012
    • 発表場所
      神奈川
    • 年月日
      2012-09-23 – 2012-09-28
  • [学会発表] Decomposition of methylene blue molecules by using 3D integrated micro solution plasmas2012

    • 著者名/発表者名
      T. Shirafuji
    • 学会等名
      International Union of Materials Research Society - International Conference on Electronic Materials 2012
    • 発表場所
      神奈川
    • 年月日
      2012-09-23 – 2012-09-28
  • [学会発表] 多孔質体を用いた水溶液中プラズマ生成における気泡内の高電界化手法2012

    • 著者名/発表者名
      中村 明寛
    • 学会等名
      第73回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      愛媛
    • 年月日
      2012-09-10 – 2012-09-14
  • [学会発表] 多孔質誘電体内の水溶液中プラズマを用いた金ナノ粒子の合成効率2012

    • 著者名/発表者名
      上田 淳
    • 学会等名
      第73回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      愛媛
    • 年月日
      2012-09-10 – 2012-09-14
  • [学会発表] 多孔質誘電体内の水溶液中プラズマを用いた水中メチレンブルー分子の分解2012

    • 著者名/発表者名
      姫野 勇太
    • 学会等名
      第73回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      愛媛
    • 年月日
      2012-09-10 – 2012-09-14
  • [学会発表] 3D integrated micro solution plasmas and their application to nano materials processing2012

    • 著者名/発表者名
      T. Shirafuji
    • 学会等名
      The 12th European Plasma Conference
    • 発表場所
      Italy
    • 年月日
      2012-06-24 – 2012-06-29
  • [学会発表] Plasmas in contact with aqueous solution - From plasma chemistry toward plasma electrochemistry2012

    • 著者名/発表者名
      T. Shirafuji
    • 学会等名
      Plasma Processes: Past, Present and Perspectives
    • 発表場所
      Italy
    • 年月日
      2012-06-21 – 2012-06-23
    • 招待講演
  • [学会発表] 3D integrated micro solution plasmas - Generation, Understanding and Application -2012

    • 著者名/発表者名
      T. Shirafuji
    • 学会等名
      The 15th K-J Workshop
    • 発表場所
      Korea
    • 年月日
      2012-06-07 – 2012-06-08
    • 招待講演
  • [学会発表] Synthesis efficiency of gold nanoparticles by using solution plasmas in porous dielectric materials2012

    • 著者名/発表者名
      J. Ueda
    • 学会等名
      The 15th K-J Workshop
    • 発表場所
      Korea
    • 年月日
      2012-06-07 – 2012-06-07
  • [学会発表] Decomposition of methylene blue molecules by using solution plasmas in porous dielectric materials2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Himeno
    • 学会等名
      The 15th K-J Workshop
    • 発表場所
      Korea
    • 年月日
      2012-06-07 – 2012-06-07
  • [学会発表] Enhancement of electric field in gas bubbles for solution plasma generation in porous dielectric materials2012

    • 著者名/発表者名
      A. Nakamura
    • 学会等名
      The 15th K-J Workshop
    • 発表場所
      Korea
    • 年月日
      2012-06-07 – 2012-06-07
  • [備考] 研究室Web

    • URL

      http://www.t-shirafuji.jp/

URL: 

公開日: 2018-02-02  

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