• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2022 年度 実績報告書

過電圧生成一様電離波によるエネルギー遷移過程制御プラズマ窒素固定

研究課題

研究課題/領域番号 20H01890
研究機関東北大学

研究代表者

高島 圭介  東北大学, 工学研究科, 助教 (70733161)

研究分担者 金子 俊郎  東北大学, 工学研究科, 教授 (30312599)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワードナノ秒パルス放電 / 振動励起 / 窒素固定 / 非自己維持放電
研究実績の概要

放電プラズマ窒素固定の研究は,無尽蔵原料と自然エネルギーで価値ある物質を創成できるため,化石燃料に依存しない持続可能な社会の実現に寄与する.本研究では,高効率なプラズマ窒素固定に重要な,窒素解離の活性化エネルギー低減に寄与できるとされる,振動励起窒素(N2(v))の高圧下での体積充填的な生成を目指し,独自の過電圧電離波による非自己維持放電プラズマ生成を研究してきた.
今年度,レーザーラマン分光法の観測能力向上により振動励起準位v=13までの観測に成功し重要な目標を達成した.さらに,窒素プラズマ中の換算電界制御の効果として,回転温度上昇を100K程度に抑止しつつ高振動準位のN2(v)を放電体積中心で選択的に生成できることを実証した.窒素固定反応に直接寄与するとされ高振動励起窒素の放電体積中心での観測は,窒素固定反応の直接的な知見構築を可能とするため,これら成果は放電プラズマ窒素固定を目的とする本研究の最も重要なマイルストーンの達成と考えている.さらに,振動緩和モデルと流体輸送モデルを構築することにより,N2(v)の放電部下流への輸送過程への洞察が得られ,窒素固定反応炉を構築する上で重要な知見が得られた.これは,本研究の非自己維持直流放電プラズマが,N2(v)の生成・輸送モデルの構築・検証が可能なプラットフォームとなることを示す結果と考えており,今後の窒素固定研究において重要な基盤となる成果も得られた.
過電圧電離波生成による高圧下でのN2(v)生成への明確な寄与を確認出来なかったが,新たに60kHz程度の高電圧交流パルス放電システムを構築し,大気圧下での過電圧電離による放電体積増大を実現すると同時に,液体の水を直接利用したアンモニア生成が観測された.これは大気圧下で多様な窒素化合物生成が電気制御できる可能性を示しており,プラズマ窒素固定の新たな方向性を与える知見と考えている.

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (28件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (27件) (うち国際学会 15件、 招待講演 5件)

  • [雑誌論文] Activation of plant immunity by exposure to dinitrogen pentoxide gas generated from air using plasma technology2022

    • 著者名/発表者名
      D. Tsukidate, K. Takashima, S. Sasaki, S. Miyashita, T. Kaneko, H. Takahashi, and S. Ando
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 17 ページ: 0269863-0269863

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0269863

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 窒素‐水気液界面反応のための混相流を横切る大気圧窒素プラズマ生成2023

    • 著者名/発表者名
      藤田 立樹,高島 圭介,金子 俊郎
    • 学会等名
      第70回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] プラズマ合成N2O5の短時間照射による植物免疫活性2023

    • 著者名/発表者名
      岩本 拡仁,佐々木 渉太,高島 圭介,築舘 大輝,安藤 杉尋,高橋 英樹,東谷 篤志,豊田 正嗣,金子 俊郎
    • 学会等名
      第70回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] プラズマ生成五酸化二窒素による窒素施肥効果と傷害2023

    • 著者名/発表者名
      武士 将熙,高島 圭介,佐々木 渉太,東谷 篤志,金子 俊郎
    • 学会等名
      第70回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] プラズマ―高速水流を用いた液相短寿命活性窒素種減衰の実験的検出2023

    • 著者名/発表者名
      武田 一希,佐々木 渉太,高島 圭介,金子 俊郎
    • 学会等名
      第70回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 液柱流の表面電荷生成と実験的評価法2023

    • 著者名/発表者名
      村冨 孝輔,高島 圭介,金子 俊郎
    • 学会等名
      第70回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] Selective Vibrational Excitation of Nitrogen Molecule with Non-Self-Sustaining DC Discharge Plasma Source Aimed for Nitrogen Fixation2022

    • 著者名/発表者名
      Y. Kunishima,K. Takashima and T. Kaneko
    • 学会等名
      2022 MRS Spring Meeting & Exhibit
    • 国際学会
  • [学会発表] Selective N2O5 Synthesis Using Composite Air Plasma Reactors and Its Inactivation Effects on Bacteria and Virus2022

    • 著者名/発表者名
      T. Kaneko,S. Sasaki,H. Iwamoto,K. Takashima,H. Takahashi
    • 学会等名
      2022 MRS Spring Meeting & Exhibit
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of Short-Lived Reactive Species Decay Using High-Speed Water Flow in Contact with Atmospheric Pressure Plasma2022

    • 著者名/発表者名
      K. Takeda,S. Sasaki,K. Takashima,T. Kaneko
    • 学会等名
      2022 MRS Spring Meeting & Exhibit
    • 国際学会
  • [学会発表] Calcium-based systemic activation of plant defense response by exposure to N2O5 gas synthesized in atmospheric-pressure plasma technology2022

    • 著者名/発表者名
      H. Iwamoto,S. Sasaki,K. Takashima,A. Higashitani,M. Toyota,T. Kaneko
    • 学会等名
      2022 MRS Spring Meeting & Exhibit
    • 国際学会
  • [学会発表] Chemical Modification of Amino Acid Powder by Plasma-generated Dinitrogen Pentoxide Gas2022

    • 著者名/発表者名
      Y. Oba,S. Sasaki,K. Takashima,T. Kaneko
    • 学会等名
      2022年度電気関係学会東北支部連合大会
  • [学会発表] プラズマ合成五酸化二窒素によるチロシンの化学修飾2022

    • 著者名/発表者名
      大場 優人,佐々木 渉太,高島 圭介,金子 俊郎
    • 学会等名
      第16回プラズマエレクトロニクスインキュベーションホール
  • [学会発表] 分裂酵母を用いたプラズマ合成五酸化二窒素の生物への作用機序探索2022

    • 著者名/発表者名
      岩本 拡仁,大学 保一,佐々木 渉太,高島 圭介,東谷 篤志,金子 俊郎
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] 大気圧プラズマを用いた五酸化二窒素のその場合成とその応用展開2022

    • 著者名/発表者名
      佐々木 渉太,高島 圭介,金子 俊郎
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] New Plasma Device for Selective Generation of Dinitrogen Pentoxide from Air and Its Applications2022

    • 著者名/発表者名
      T. Kaneko,S. Sasaki,and K. Takashima
    • 学会等名
      The 75th Gaseous Electronics Conference & 11th International Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Nitrogen Vibrational Excitation in a Non-Self-Sustaining Discharge Plasma toward Efficient Plasma Nitrogen Fixation2022

    • 著者名/発表者名
      K. Takashima,Y. Kunishima,and T. Kaneko
    • 学会等名
      The 75th Gaseous Electronics Conference & 11th International Conference
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Selective Energy Input into Vibrational Energy of Nitrogen Molecule in Non-Self-Sustaining DC Discharge Plasma Source2022

    • 著者名/発表者名
      Y. Kunishima,K. Takashima,and T. Kaneko
    • 学会等名
      The 75th Gaseous Electronics Conference & 11th International Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Investigation on Reaction of Plasma-generated Dinitrogen Pentoxide Gas with Amino Acids2022

    • 著者名/発表者名
      Y. Oba,S. Sasaki,K. Takashima and T. Kaneko
    • 学会等名
      The 75th Gaseous Electronics Conference & 11th International Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of Gene Transfection Method Using Combined Plasma and Pulsed Electric Field in Liquid2022

    • 著者名/発表者名
      R. Honda,S. Sasaki,K. Takashima,M. Kanzaki,T. Sato,T. Kaneko
    • 学会等名
      The 75th Gaseous Electronics Conference & 11th International Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Nitrogen fertilization effects of Plasma Generated Dinitrogen Pentoxide2022

    • 著者名/発表者名
      S. Takeshi,K. Takashima,S. Sasaki,A. Higashitani,T. Kaneko
    • 学会等名
      The 75th Gaseous Electronics Conference & 11th International Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Calcium Based Systemic Activation of Plant Defense by Exposure to Plasma-generated N2O52022

    • 著者名/発表者名
      H. Iwamoto,S. Sasaki,K. Takashima,A. Higashitani,T. Kaneko
    • 学会等名
      The 75th Gaseous Electronics Conference & 11th International Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Atmospheric Pressure Plasma Generation at Liquid Interface for Nitrogen Fixation2022

    • 著者名/発表者名
      R.Fujita,K.takashima,and T.Kaneko
    • 学会等名
      The 75th Gaseous Electronics Conference & 11th International Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Atmospheric Pressure Plasma in Contact with High-speed Water Flow for Evaluating Liquid-phase OH Transport2022

    • 著者名/発表者名
      K. Takeda,S. Sasaki,K. Takashima,T. Kaneko
    • 学会等名
      The 75th Gaseous Electronics Conference & 11th International Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Synthesis of Dinitrogen Pentoxide Using Air Atmospheric Pressure Plasmas and Application for Biomaterial Processes2022

    • 著者名/発表者名
      T. Kaneko,S. Sasaki,K. Takashima,A. Higashitani,S. Ando,H. Takahashi
    • 学会等名
      The 242nd ECS Meeting
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 五酸化二窒素のその場プラズマ合成装置開発とバイオ応用への展開2022

    • 著者名/発表者名
      佐々木 渉太,高島 圭介,金子 俊郎
    • 学会等名
      第39回 プラズマ・核融合学会 年会
    • 招待講演
  • [学会発表] Synthesis of Functional Nitrogen Using Air Atmospheric Pressure Plasmas for Agricultural Applications2022

    • 著者名/発表者名
      T. Kaneko,S. Sasaki,K. Takashima,A. Higashitani,S. Ando,H. Takahashi
    • 学会等名
      The 20th International Congress on Plasma Physics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] プラズマ生成五酸化二窒素ガスによるアミノ酸のその場修飾2022

    • 著者名/発表者名
      Y. Oba,S. Sasaki,K. Takashima,and T. Kaneko
    • 学会等名
      第32回日本MRS年次大会
  • [学会発表] 水柱噴流による接触する大気圧プラズマ生成2022

    • 著者名/発表者名
      R. fujita,K. Takashima,and T. Kaneko
    • 学会等名
      第32回日本MRS年次大会

URL: 

公開日: 2023-12-25  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi