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

2013 年度 研究成果報告書

• 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
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 大阪市立大学 (2011-2013); 名古屋大学 (2009-2010)
• 研究代表者: 白藤 立 大阪市立大学, 大学院工学研究科, 教授 (10235757)
• 研究協力者: 橘 邦英 大阪電気通信大学, 工学部, 教授 (40027925) ; 酒井 道 京都大学, 大学院工学研究科, 准教授 (30362445) ; 高井 治 関東学院大学, 工学部, 教授 (40110712) ; 齋藤 永広 名古屋大学, 大学院工学研究科, 教授 (00329096) ; 石崎 貴裕 芝浦工業大学, 工学部, 准教授 (50397486) ; 稗田 純子 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (40566717) ; 高橋 憲司 金沢大学, 自然システム学系, 教授 (00216714) ; 杤久保 文嘉 首都大学東京, 大学院理工学研究科, 教授 (90244417) ; 後藤 元信 名古屋大学, 大学院工学研究科, 教授 (80170471) ; 村上 朝之 東京工業大学, 大学院総合理工学研究科, 助教 (20323818) ; 田中 健司 大阪市立大学, 大学院工学研究科, 助教 (20254386)
• 研究期間 (年度): 2009-07-23 – 2014-03-31
• キーワード: プラズマ / 液体 / バブル / ナノ界面 / ゆらぎ / 電気化学 / 水浄化 / ナノ粒子

研究概要

プラズマ液体ナノ界面の生成法として，液中において3次元的に多数集積化した微細な気泡内でプラズマを生成する3次元集積化マイクロソリューションプラズマを提案した．その生成装置の試作と動作確認を行い，優れた水処理能力や水中での材料プロセス能力を有することを明かにした．時間分解発光分光とプラズマ反応シミュレーションにより，その高い水処理能力の起源を明かにした．シミュレーションにより，プラズマ液体ナノ界面にナノスケールの空間電荷層が形成され，界面での選択的反応の可能性があることを予測した．Er:YAGレーザを用いたプラズマ／液体ナノ界面生成法の可能性についても検討し，滅菌効果を伴うことが明かになった．

研究成果

• [雑誌論文] Three-dimensionally integrated microsolution plasma : Numerical feasibility study and practical applications (2014)
  • 著者名/発表者名: T.Shirafuji, A.Nomura, and Y.Himeno
  • 雑誌名: Plasma Chem. Plasma Process. 巻: 34 ページ: 523-534
  • DOI: 10.1007/s11090-014-9544-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Numerical simulation of electric double layer with dielectric barrier discharge -Effects of ion transport parameters in liquid- (2014)
  • 著者名/発表者名: T.Shirafuji, A.Nakamura, and F.Tochikubo
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 53 ページ: 03DG04 (6)
  • DOI: 10.7567/JJAP.53.03DG04
  • 査読あり
• [雑誌論文] Time-resolved optical emission spectroscopy on three-dimensionally integrated micro solution plasmas (2014)
  • 著者名/発表者名: T.Shirafuji, Y.Ogura, and Y.Himeno
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 53 ページ: 010211 (6)
  • DOI: 10.7567/JJAP.53.010211
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gold nanoparticles synthesis by using three-dimensionally integrated micro-solution plasmas (2013)
  • 著者名/発表者名: T.Shirafuji, J.Ueda, A.Nakamura, S.-P.Cho, N.Saito, and O.Takai
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 52 ページ: 126202 (5)
  • DOI: 10.7567/JJAP.52.126202
  • 査読あり
• [雑誌論文] Generation of three-dimensionally integrated micro-solution plasmas and its application to decomposition of methylene blue molecules in water (2013)
  • 著者名/発表者名: T.Shirafuji and Y.Himeno
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 52 ページ: 11NE03 (5)
  • DOI: 10.7567/JJAP.52.11NE03
  • 査読あり
• [学会発表] "Nano-interface" and "fluctuation" in material processing using plasma in liquid (2014)
  • 著者名/発表者名: T.Shirafuji
  • 学会等名: International Workshop on Control of Fluctuation of Plasma Processes = Joint International Workshop between "Frontier science of interactions between plasmas and nano-interfaces" and "Plasma medical innovation"
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2014-02-03
• [学会発表] 3D Integration of micro-solution plasmas in trabecular-bone-like cellular structure for in-line liquid processing (2014)
  • 著者名/発表者名: T.Shirafuji, N.Saito, and O.TakaiT.Shirafuji, N.Saito, and O.Takai
  • 学会等名: The 14th International Symposium on Biomimetic Materials Processing
  • 発表場所: 岐阜
  • 年月日: 2014-01-25
• [学会発表] Three dimensional integration of micro solution plasmas for plasma electrochemical material processing (2013)
  • 著者名/発表者名: T.Shirafuji, N.Saito, and O.Takai
  • 学会等名: International Conference on Surface Engineering
  • 発表場所: Busan, Korea
  • 年月日: 2013-11-19
• [学会発表] Three-dimensional integration of micro solution plasmas and its application to material processing in large volume liquid (2013)
  • 著者名/発表者名: T.Shirafuji
  • 学会等名: The 21st International Symposium on Plasma Chemistry
  • 発表場所: QLD, Australia
  • 年月日: 2013-08-09
• [学会発表] Solution microplasma : generation, diagnostics and application (2013)
  • 著者名/発表者名: T.Shirafuji
  • 学会等名: The 7th International Workshop on Microplasmas 2013
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 2013-05-21
• [学会発表] Three-dimensional integrated micro solution plasmas for nano materials processing (2012)
  • 著者名/発表者名: T.Shirafuji
  • 学会等名: The 65th Gaseous Electronics Conference
  • 発表場所: Texas, U.S.A.
  • 年月日: 2012-10-23
• [学会発表] Plasmas in contact with aqueous solution - From plasma chemistry toward plasma electrochemistry (2012)
  • 著者名/発表者名: T.Shirafuji
  • 学会等名: Plasma Processes : Past, Present and Perspectives
  • 発表場所: Bari, Italy
  • 年月日: 2012-06-22
• [学会発表] Three-dimensional integrated micro solution plasmas for nano materials processing (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Shirafuji
  • 学会等名: Topical Workshop on Green Plasma-Nano Technology - Green Energy and Flexible New Materials -
  • 発表場所: Seoul, Korea
  • 年月日: 2011-10-28
• [学会発表] Application of integrated micro solution plasma to decomposition of organic substances in water (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Shirafuji, J.Hieda, N.Saito, and O.Takai
  • 学会等名: The 20th International Symposium on Plasma Chemistry
  • 発表場所: Pennsylvania, U.S.A.
  • 年月日: 2011-06-27
• [学会発表] On the possibility of micro-solution plasma for materials processing (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Shirafuji, K.Asano, J.Hieda, N.Saito, and O.Takai
  • 学会等名: The 11th International Symposium on Biomimetic Materials Processing
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2011-01-28
• [図書] Sterilization and Disinfection by Plasma: Sterilization Mechanisms, Biological and Medical Applications (Akikazu Sakudo and Hideharu Shintani 編) (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Shirafuji
  • 総ページ数: 総頁239, 担当pp.111-122
  • 出版者: Nova Science Publishers
• [図書] 基礎からわかる水の応用工学(高井治 編) (2011)
  • 著者名/発表者名: 白藤 立
  • 総ページ数: 総頁194, 担当pp.1-27
  • 出版者: 日刊工業新聞
• [備考] ① 研究室Web サイト
  • URL: http://t-shirafuji.jp/
• [備考] ② 後藤哲男著「歯科レーザー最前線ライトタッチ・レーザー治療は「痛くない」「抜かない」って,本当ですか?」(大空出版,2013)において本研究活動が紹介された.
• [産業財産権] 水処理方法および水処理装置 (2014)
  • 発明者名: 高井治, 齋藤永宏, 白藤立
  • 権利者名: 国立大学法人名古屋大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特許第5445966 号
  • 出願年月日: 2014-01-10
• [産業財産権] 液中プラズマ発生法, 液中プラズマ発生装置, 被処理液浄化装置及びイオン含有液体生成装置 (2012)
  • 発明者名: 白藤立, 高井治, 齋藤永宏, 西村芳実, 堀部博志, 杉原雅彦, 柿谷真一, 荒木学
  • 権利者名: 公立大学法人大阪市立大学・国立大学法人名古屋大学・株式会社栗田製作所
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2012-81750 号
  • 出願年月日: 2012-03-30
• [産業財産権] 液中連続プラズマ生成のための電源装置 (2010)
  • 発明者名: 高井 治,齋藤 永宏,白藤 立,稗田 純子,西村 芳実,菱田 茂二,柿谷 真一
  • 権利者名: 国立大学法人名古屋大学・株式会社栗田製作所
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2010-157116 号
  • 出願年月日: 2010-07-09