| 研究課題/領域番号 |
16H02121
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
佐々木 浩一 北海道大学, 工学研究院, 教授 (50235248)
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| 研究分担者 |
西山 修輔 北海道大学, 工学研究院, 助教 (30333628)
白井 直機 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (80552281)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | プラズマ・液体相互作用 / 大気圧プラズマ / レーザー応用計測 |
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| 研究実績の概要 |
平成30年度には，研究計画調書に記載した当初計画の実験に加え，当初計画後に着想した実験を以下のように順調に遂行した。
まず，研究計画調書に記載したパルス放電実験に関しては，ルミノールの化学発光を用いた液相における短寿命活性種の検出法（平成29年度に発案）をパルス放電に適用し，アフターグローにおける化学発光強度の時間変化をプラズマ中におけるOHラジカル密度の時間変化（レーザー誘起蛍光法により測定）と比較することにより，化学発光の起源および気液界面を横切るラジカルの輸送に関する理解を得た。また，水溶液と接する大気圧プラズマの放電開始直後における液面の状態を高速度カメラで撮影することにより，プラズマ照射に起因する液滴の発生メカニズムに関する理解を得た。研究計画調書に記載した短寿命活性種と長寿命活性種の効果の分離については，プラズマ電気分解法によるCu2O微粒子の生成における溶存酸素の効果および対流現象の影響を明らかにし，ルミノールの化学発光によって検出される短寿命活性種の存在領域との違いを明確にした。
当初計画後に着想した実験のうち，フラッシュフォトリシス法を用いたイオン液体中の溶媒和電子の反応過程を調べる実験では，溶媒和電子の反応周波数の液面からの距離に対する分布，プラズマ密度やプラズマガス種による溶媒和電子の反応周波数の違い，溶媒和電子と反応するプラズマ起源の化学種の寿命などに関する知見を得た。さらに，液体金属を低ガス圧誘導結合プラズマと相互作用させる実験では，液滴が発生するための閾値条件において液体金属に照射される正イオンのフラックスおよびエネルギーの関係を明らかにするとともに，照射されたイオンが液体金属中に残存して溶存に似た状態となって蓄積することが液滴生成の一因であることを示す実験結果を得た。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
上に述べたように，平成28年度の計画開始以来，本計画は順調に進行している。研究計画調書発案時に計画した実験項目は，一部について実験方式に異なる点があるものの，得られるべき科学的理解という点では，ほぼすべてにおいて予定どおりの成果が得られている。実験方式を変更したものについては，当初計画のダウングレードということでは無く，より明確な結果が得られる優れた実験技術を開発したものである。さらに，低ガス圧プラズマと液体金属の相互作用による液滴生成実験，フラッシュフォトリシスを用いてイオン液体中に生成した溶媒和電子とプラズマとの反応を調べる実験，塩化カルシウム液滴が存在する空間にレーザー誘起プラズマを生成し，液滴の蒸発による生成物をレーザー誘起蛍光法で調べる実験，プラズマ電気分解法によるCu2O微粒子の生成と還元メカニズムを明らかにする実験は，研究計画調書には記載されていない実験であるが，それぞれ，液滴の発生に重要なプラズマパラメータの同定，研究例がほとんど無い溶媒和電子とプラズマとの相互作用を調べる新しい実験技術，液滴の瞬時蒸発時には熱平衡的な蒸発と異なる生成物が生じることを示す事実の提示，短寿命活性種による還元反応と長寿命種による酸化反応の空間的分離のように，科学的に価値の高い成果が得られている。以上のことから，本計画は当初の計画以上に進展していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
研究計画調書における平成31年度の研究計画は，過去3年間の実験結果をとりまとめ，様々な応用に共通する基礎過程を洗い出して学術的体系化に資する整理をすることとなっている。そのためには，実験結果を計算機シミュレーションと比較することが有用であり，連携研究者の協力を仰いで進める予定である。実験研究としては，フラッシュフォトリシス法を用いたイオン液体中の溶媒和電子の反応過程を調べる実験，液体金属と低ガス圧誘導結合プラズマを相互作用する実験，および，プラズマ電気分解法における還元反応のメカニズムを解明する実験を重点的に進める予定である。
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