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2020 年度 実績報告書

プラズマと接する液体界面における表面張力変化の計測と解明

研究課題

研究課題/領域番号 18K03596
研究機関北海道大学

研究代表者

白井 直機  北海道大学, 工学研究院, 准教授 (80552281)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード表面張力 / 大気圧プラズマ / ラジカル
研究実績の概要

様々な応用が期待されている気液界面プラズマにおいて、プラズマが液体と接している際に液体の表面張力がどのように変化するかを計測し、その原因を明らかにすることを目的とした。音響ホーンを利用して液面に励起したキャピラリー波によって生じる回折レーザー光の干渉パターンを解析することにより非接触で表面張力を計測する方法を確立し、プラズマの有無による変化を調べた。水面上に2本の注射針電極よりヘリウムガスを噴出し、交差ガス流を用いた大気圧グロー放電を生成し、水面に照射されるラジカルが及ぼす表面張力の変化を調べた。その結果、放電プラズマ開始とともに徐々に表面張力が増加することが確認された。また放電停止後には、急激に表面張力が減少することを確認した。この放電停止時の表面張力の時間変化とレーザー誘起蛍光法により気相部に発生するOHラジカルを可視化して比較したところ、放電停止後からOHラジカルの空間アフターグローが消失するまでの時間と同スケールであった。また照射される液体にOHラジカルを捕捉するテレフタル酸溶液を用いてプラズマからのラジカル照射実験を行ったところ、表面張力の上昇は見られなかった。これらの結果からプラズマ照射による液体の表面張力の上昇の要因は、OHラジカルが液体界面に直接寄与するか、或いはOHラジカルによって生成された物質が寄与することで表面張力を上昇させていることが明らかとなった。表面張力の上昇に液相に直接OHラジカルが寄与しているかどうかは今後のプラズマ液体相互作用の理解について重要な課題であるが、表面張力というパラメータから反応を推定できることを明らかにしたことは重要な結果である。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (6件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Synthesis mechanism of cuprous oxide nanoparticles by atmospheric-pressure plasma electrolysis2020

    • 著者名/発表者名
      Liu Jiandi、Shirai Naoki、Sasaki Koichi
    • 雑誌名

      Journal of Physics D: Applied Physics

      巻: 54 ページ: 105201~105201

    • DOI

      10.1088/1361-6463/abca2a

    • 査読あり
  • [学会発表] 誘導結合ヘリウムプラズマと相互作用する液体ガリウムからの液滴放出特性:液体温度の重要性2021

    • 著者名/発表者名
      濱名 優輝, 白井 直機, 佐々木 浩一
    • 学会等名
      第38回プラズマプロセシング研究会
  • [学会発表] プラズマ・液体相互作用における液相側現象理解のための実験技術の開発2021

    • 著者名/発表者名
      佐々木浩一、白井直機
    • 学会等名
      第38回プラズマプロセシング研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] 大気圧気液界面プラズマによって誘起される気相ラジカルと液中化学ルミネッセンスの相関2021

    • 著者名/発表者名
      宮崎 俊明,白井 直機, 佐々木 浩一
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会 北海道地区研究連絡会 第24回研究会
  • [学会発表] 誘導結合プラズマと相互作用する液体ガリウムからの液滴放出現象:ガスの溶存が与える液滴放出への影響2021

    • 著者名/発表者名
      濱名 優輝, 白井 直機, 佐々木 浩一
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 交差ガス流を用いた直流駆動大気圧プラズマにおけるOHラジカルの生成の最適化2020

    • 著者名/発表者名
      大和田 裕樹, 白井 直機, 佐々木 浩一
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会第81回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] レーザー誘起ブレイクダウン分光法及び液体電極直流グロー放電による乳製品に含まれるミネラル成分の簡易分析2020

    • 著者名/発表者名
      丸山 一沙, 白井 直機, 佐々木 浩一
    • 学会等名
      第81回応用物理学会秋季学術講演会

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公開日: 2021-12-27  

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