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2022 年度 実施状況報告書

複素誘電率解析によるマイクロ波誘起非平衡反応場における化学反応機構解明

研究課題

研究課題/領域番号 21K04781
研究機関豊橋技術科学大学

研究代表者

藤井 知  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30598933)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
キーワードマイクロ波化学 / 複素誘電率 / 空洞共振器法 / 金属プラズマ
研究実績の概要

マイクロ波照射下における固体触媒の電場・温度依存の複素誘電率測定が出来る装置について研究を行っている。これまでの結果、効率よくマイクロ波キャビティ内に効率よくマイクロ波を伝送することが出来るアンテナとキャビティ(TM010やTM110モード)の設計と設計を行い、50Ωに近いインピーダンスを実現することができた。これらの成果を元に、TM010モードキャビティでは、アンテナ導入とカップリングを調整することにより凡そ10000くらいのキャビティが実現することを示せた。この値は複素誘電率測定として十分な性能である。複素誘電率の温度依存性は、当初、ランプ加熱を想定していた。実施検討した結果、やはり、キャビティも加熱されてしまい、キャビティの熱膨張によるQ値変動が生じることや500℃以上の高温には出来ないことが判明した。そこで、CO2レーザを材料の加熱として導入し、さらに、複素誘電率やマイクロ波加熱が同時に出来るような装置の構築を行った。これにより、必ずしもマイクロ波加熱されない材料の誘電率温度依存を測定可能となった。現在、固体触媒や半導体材料の誘電率変化などを測定を実施している。また、効率的なTM110モードの高磁場キャビティを実現することができたことから、金属をロッドを加熱することができ、さらに、真空中では固体から直接プラズマが発生することを発見した。この現象は全く新しいプラズマ発生方法であり、新しい材料プロセスについて提案することができた。今後、全く新しいプラズマプロセスへと発展させる可能性を見出した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

CO2レーザ加熱法とマイクロ波加熱と誘電率測定が同時に可能な装置を構築出来たこと

今後の研究の推進方策

マイクロ波加熱は、固体触媒の加熱に加え、ダイヤモンドやシリコンなどの半導体加熱にも出来ることが分かりつつある。複素誘電率測定の結果なども併せてそのメカニズムについて研究を行う。

次年度使用額が生じた理由

レーザ関係部品の購入を企業共同研究にて購入出来たことや論文登録費の支援を受けたためである。今年度、海外での国際学会の発表や論文発表を計画しており、計画通りの予算執行を予定している。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 3件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Metal ion plasma generation under strong magnetic field in microwave resonator2023

    • 著者名/発表者名
      Fujii Satoshi、Fukushima Jun
    • 雑誌名

      AIP Advances

      巻: 13 ページ: 015320~015320

    • DOI

      10.1063/5.0134071

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] マイクロ波化学の非鉄金属分野への展開2023

    • 著者名/発表者名
      藤井 知、福島 潤
    • 雑誌名

      エレクトロヒート

      巻: 43 ページ: 12~18

  • [学会発表] Development of Minimal RF-magnetron Sputtering Machine2023

    • 著者名/発表者名
      S. Fujii, Y. Odo, H. Nishizato
    • 学会等名
      The 11th IIAE International Conference on Industrial Application Engineering 2023
    • 国際学会
  • [学会発表] TM110モード共振器を用いたMgプラズマ発生2022

    • 著者名/発表者名
      藤井 知 , 福島潤
    • 学会等名
      日本電磁波応用学会
  • [学会発表] マイクロ波化学の非鉄金属分野への展開2022

    • 著者名/発表者名
      藤井 知 , 福島潤
    • 学会等名
      エレクトロヒートシンポジウム
  • [学会発表] Smelting Metal by Microwave Irradiation2022

    • 著者名/発表者名
      S. Fujii, J. Fukushima, H. Takizawa
    • 学会等名
      2022 Asia-Pacific Microwave Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Study on smelting metal by microwave irradiation2022

    • 著者名/発表者名
      S. Fujii, J. Fukushima
    • 学会等名
      Material Oceania
    • 国際学会
  • [産業財産権] 薄膜形成装置及び薄膜形成方法2023

    • 発明者名
      2023
    • 権利者名
      2023
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2023-54407

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公開日: 2023-12-25  

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