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本研究では、±数％以下の誤差で径の揃った液滴を生成可能なインクジェット装置を用いて、大気圧非平衡プラズマ中に微小液滴(直径20-30 μm)を導入することにより、プラズマ―液滴の相互作用を用いた新規材料プロセスの開発、およびプロセス診断を通じたプラズマ―液滴相互作用の理解を目的として遂行された。
材料プロセス開発においては、昨年度に引き続きインクジェット液滴を原料としたプラズマ援用粒子合成を更に推し進め、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、銀、および酸化亜鉛/銀コンポジット等の各種材料の粒子合成を実証した。これまで合成粒子が単分散かつサイズ制御可能であることを示してきたが、原料溶液組成やプラズマパワー等の各種パラメータ制御によって、粒子形状や光物性も制御可能であることが示唆された。
プロセス診断においては、前年度に構築した液滴観察システムを利用して、大気圧非平衡プラズマ中の液滴蒸発挙動を実観測とモデル計算の両面から検証した。電子密度の増大に応じて、荷電粒子の寄与により液滴蒸発が促進されることが示唆された。更に、酸化ジルコニウム粒子合成過程におけるプラズマ中の液滴のレーザーラマン分光測定を行った。溶媒である水の誘導ラマン散乱シグナルが得られ、液滴内で固相が形成されるにつれて溶媒由来のシグナルが消失するという間接的な形ではあるが、プラズマ中の粒子形成過程の観察に成功した。本研究課題の成果は、インクジェット液滴を用いた新規プラズマ材料プロセスの開発と同時に、プラズマ－液滴相互作用に関する基礎的な知見を獲得し、液滴が関与する大気圧非平衡プラズマ材料科学の今後の発展に貢献し得る。
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