低温プラズマ表面修飾技術による酸化チタン微粒子の環境浄化機能の改善に関する研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15033275
• 研究機関: 北九州工業高等専門学校
• 研究代表者: 山田 憲二 北九州工業高等専門学校, 物質化学工学科, 教授 (80101179)
• 研究分担者: 山根 大和 北九州工業高等専門学校, 物質化学工学科, 助教授 (70332096) ; 松嶋 茂憲 北九州工業高等専門学校, 物質化学工学科, 助教授 (80229476) ; 中村 裕行 北九州工業高等専門学校, 総合科学科, 教授 (70172434)
• キーワード: プラズマ加工 / 表面・界面物性 / 複合材料・物性 / 構造・機能材料 / 触媒・化学プロセス

研究概要

1.酸化チタン微粒子薄膜のプラズマ処理の検討
ベルジャー型プラズマ装置(薄膜用)を用いて、アルゴンプラズマ処理(圧力0.1Torr、放電出力20〜400W、放電時間2〜6min)の後、窒素プラズマ処理(圧力0.2Torr、放電出力20〜400W、放電時間2〜6min)を行った。プラズマ処理酸化チタンは可視光吸収を示し、XPS測定によりN_<1S>ピークを確認した。プラズマ処理酸化チタンをメチレンブルー水溶液とキセノンランプを用いて光触媒特性を評価した。光触媒特性は100W以下の低出力側では窒素導入量と共に減少するが、300W以上の高出力側では僅かではあるが未処理よりも向上した。プラズマ状態の電子温度は放電出力に依存して2〜8eVを示し、またXPSのN_<1s>スペクトル解析より、高出力側ではTi-N結合の形成が認められた。これらの結果から、高出力側では酸化チタン結晶格子内に窒素が導入されたことにより可視光応答性が発現したと考えられる。
2.酸化チタン微粒子のプラズマ重合の検討
(1)プラズマ重合:モノマーとしてオクタメチルシクロテトラシロキサン、圧力0.8Torr、放電出力30W、放電時間3〜30minとして、ロータリー型プラズマ装置(微粒子用)を用いて酸化チタン微粒子表面にプラズマ重合を行った。プラズマ重合時間20〜30minとして酸化チタン微粒子表面に形成させた重合膜は1,273Kにおいても表面元素比Si/Tiは殆ど減少せず、高い耐熱性を示した。(2)光触媒特性:メチレンブルーを用いた光触媒特性は未処理よりもプラズマ重合することで減少した。しかし重合時間20min付近以降では熱安定性の高い重合膜の膜厚は増加したにもかかわらず、メチレンブルー分解率が増加した。したがって重合膜は多孔性を有していると考えられ、プラズマ重合により光触媒機能の酸化作用に対して安定な重合膜を形成させる可能性が明らかとなった。

研究成果

• [文献書誌] K.Yamada, H.Yamane, K.Kumada, S.Tanabe, T.Kajiyama: "Plasma-Graft Polymerization of a Monomer with Double Bonds onto the Surface of Carbon Fiber and Its Adhesion to a Vinyl Ester Resin"Journal of Applied Polymer Science. Vol.90. 2415-2419 (2003)
• [文献書誌] K.Yamada, H.Nakamura, S.Matsushima, H.Yamane, T.Kajiyama: "Surface Modification of Titanium Dioxide Particles in RF Plasmas"Book of Abstracts of 21^<st> International Conference on Photochemistry. 582 (2003)
• [文献書誌] K.Yamada, H.Nakamura, S.Matsushima, H.Yamane, K.Kumada, T.Kajiyama: "Plasma Surface Modification of Titanium Dioxide Particles for Improved Light Cleaning"Abstracts of The 8^<th> IUMRS International Conference on Advanced Materials. 95 (2003)
• [文献書誌] S.Matsushima, H.Nakamura, M.Arai, K.Kobayashi: "Electronic Structure of InTaO_4 with Monoclinic Structure"Chemistry Letters. 2003・1. 64-65 (2003)
• [文献書誌] S.Matsushima, K.Obata, H.Nakamura, M.Arai, K.Kobayashi: "First-principles Energy Band Calculation for Undoped and N-doped InTaO_4 with Layered Wolframite-type Structure"Journal of Physics and Chemistry of Solids. Vol.64. 2417-2421 (2003)
• [文献書誌] M.Machida, K.Miyazaki, S.Matsushima, M.Arai: "Photocatalytic Property and Electronic Structure of Lanthanide Tantalates, MLnTa_2O_7 (M=Cs, Rb, Na, and H ; Ln=La, Pr, Nd, and Sm)"Journal of Materials Chemistry. Vol.13. 1433-1437 (2003)