| 研究課題/領域番号 |
25390107
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| 研究機関 | 金沢大学 |
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研究代表者 |
石島 達夫 金沢大学, サステナブルエネルギー研究センター, 准教授 (00324450)
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| 研究分担者 |
上杉 喜彦 金沢大学, 電子情報学系, 教授 (90213339)
田中 康規 金沢大学, 電子情報学系, 教授 (90303263)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 反応性プラズマ / 大気圧プラズマ / プラズマ－液体相互作用 / 液中・液界面反応 / ＯＨラジカル / 化学プローブ / 発光分光計測 |
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| 研究実績の概要 |
大気圧非熱平衡プラズマは、動作ガス種、流量、照射距離等、様々な制御パラメータがある。これらのパラメータの制御により、大気圧非熱平衡プラズマによって生成される気相中化学種の密度や空間分布が変化する。従って非熱平衡プラズマの制御因子のそれぞれが、溶液に及ぼす種々の化学反応に対する寄与を明らかにすることが重要である。
本年度は、大気圧非熱平衡プラズマの動作ガスに微量の反応性ガス添加が、気相中の活性種および液中化学反応に及ぼす影響を調査した。大気圧非熱平衡プラズマ源には、ガラス管に一対の円筒電極を巻き付けたプラズマジェット生成用のリアクターを用いた。低周波の高電圧電源を大気圧非熱平衡プラズマジェット(NAPPJ)生成に用いた。気相中の活性種の挙動調査には、発光分光計測法を用いた。一方、液相中の化学反応は、液中ＯＨラジカルに着目し、テレフタル酸をプローブとする化学プローブ法を用いた。
動作ガス（Ｈｅ）に対する酸素混合率を増加させるにつれ、気相中の酸素原子の発光強度が増加した後に減少することが分かった。これは、１）動作ガスへの酸素ガス混合率が微量の場合にはプラズマ中の酸素由来の活性種が酸素ガス添加しない場合に比べて増加する、２）混合率が増加しすぎると電子と酸素分子との衝突頻度増加により、NAPPJ中の電子エネルギーの減少と、電子密度の減少をもたらし、気相中の酸素原子の発光強度の減少に寄与しているものと考えられる。
一方、液相中のＯＨラジカル生成量と気相中の酸素原子の発光強度の酸素混合率依存性は、おおよそ一致するものの、それぞれが最大値をとる混合率がわずかに異なっていた。これは、液相中のＯＨラジカルが、気相中の酸素ラジカル以外の活性種により生成される可能性を示唆するものと考えられる。
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| 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
酸素は大気中にも存在するため、大気圧非平衡プラズマにおける化学反応性を研究する上で酸素ガスは極めて重要な制御因子である。本年度に、酸動作ガスに対する酸素ガス添加がプラズマ－液体相互作用に対する影響を、気相診断および液相診断の双方について詳細な測定を再現性確認も含め複数回行い、微量の添加量により化学反応性が増加することを明らかにしたことの意義は高いものと考える。
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| 今後の研究の推進方策 |
大気圧非熱平衡プラズマにおける気相中の反応性化学種と液相中の反応性化学種の相関を調査する手法を確立した。これにより、プラズマ制御因子の１つである反応性ガスを大気圧非熱平衡プラズマに添加した際に生じる化学反応性の促進効果を明らかにすることが可能となった。
今後、大気圧非熱平衡プラズマと液体界面の相互作用を検討する上で重要な制御因子の１つである照射距離依存性に着目し、その影響について評価を進める計画である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
2015年10月に反応性プラズマに関する大規模な国際会議をアメリカ物理学会との共催によりアメリカ合衆国で行われる。この会議における研究成果の発表、および研究情報の交換が極めて重要である。一方で、私の研究室の1名の学生が2014年9月より研究生として在籍し、2015年4月からの博士後期課程への進学が前年度半ばに決まっていた。当該学生は本国際会議での発表を念頭に研究活動を進めていた。差額分相当は本会議参加のための渡航費が大半である。残りは2015年5月に招待講演が決まっていた3rd International Workshop on Solution Plasma and Molecular Technologiesへの渡航費、および消耗品相当額である。消耗品は。安価な商品の調達と効率的な使用や運用に徹した自助努力によるものである。
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| 次年度使用額の使用計画 |
2015年5月にタイで開催される3rd International Workshop on Solution Plasma and Molecular Technologies、および、2015年10月にアメリカにて開催される反応性プラズマに関する国際会議(9th International Conference on Reactive Plasmas / 68th Gaseous Electronics Conference）への渡航費に使用する計画である。
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