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2016 年度 実績報告書

原料間歇同期投入を伴う任意波形変調熱プラズマを用いた高純度ナノ粒子の革新量産技術

研究課題

研究課題/領域番号 26249034
研究機関金沢大学

研究代表者

田中 康規  金沢大学, 電子情報学系, 教授 (90303263)

研究分担者 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, 教授 (00324450)
上杉 喜彦  金沢大学, 電子情報学系, 教授 (90213339)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード誘導熱プラズマ / ナノ粒子 / 大量生成 / 2次元分光 / ドープ / 気相反応
研究実績の概要

5. 変調プラズマによるナノ粒子生成試験  変調波形は矩形波とし,プラズマの変調条件Duty, 変調率をそれぞれ変更して,原料間歇投入したAr-O2 変調熱プラズマによるAl(Fe) doped TiO2ナノ粒子の生成試験を継続的に行った。生成ナノ粒子はSEM, XRD, TEM/EDX, XPS, BET,分光光度計により粒径分布,結晶,組成,Al(Fe)ドープ量,吸光特性,分散性を分析する。UV,可視光照射時の活性酸素種発生抑制試験も継続的に行った。さらに原料変調投入タイミングに遅延を導入し,その影響を継続的に調査した。その結果,AlドープTiO2ナノ粒子が大量に生成され,急冷ガスを導入することでナノ粒子平均粒径が低下すること,AlのTi原料への混合割合を変えることで,Alドープ量を変更できることなどが判明した。
6.原料間歇供給したAr-O2変調熱プラズマにおけるTiOスペクトル二次元観測とTi, Al, TiO輸送現象の把握  Ar-O2プラズマに原料Ti粉末を投入するとTiが蒸発し,酸素と結合してTiO2の前駆体TiOを気相で生じる。これを高速カメラ+イメージング分光器を用いた分光観測からアプローチした。分光した複数の波長の2次元観測結果から,Tiの蒸発のタイミング,TiOの生成タイミング・生成場所とその輸送現象をある程度把握できた。またAr,O原子スペクトルも測定した。さらにTiスペクトル観測結果から,Ti励起温度の時間変化とその分布を把握できた。ナノ粒子生成中の熱プラズマ温度が求めることができたことはナノ粒子生成プロセス把握に大きな一歩となった。
7.ナノ粒子大量生成 10g/minの大量の原料を投入し,変調型誘導熱プラズマにより,ナノ粒子の大量生成を行った。その結果400-600g/h以上の大量生成が行えた。

現在までの達成度 (段落)

28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

28年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2016

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 8件、 招待講演 4件)

  • [雑誌論文] Fundamental study of Ti feedstock evaporation and precursor formation process in inductively coupled thermal plasmas during TiO2 nanopowder synthesis2016

    • 著者名/発表者名
      Naoto Kodama, Yasunori Tanaka, K. Kita, Y. Ishisaka, Y.Uesugi, T.Ishijima, S.Sueyasu, K.Nakamura
    • 雑誌名

      Journal of Physics D: Applied Physics

      巻: 49 ページ: 305501

    • DOI

      10.1088/0022-3727/49/30/305501

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Nanopowder synthesis processes using the time-controlled induction thermal plasmas2016

    • 著者名/発表者名
      Yasunori Tanaka, N. Kodama, Y.Ishisaka, Y.Uesugi, T.Ishijima, S.Sueyasu, S.Watanabe and T.Nakamura
    • 学会等名
      Joint 13th Asia Pacific Physics Conference and 22nd Australian Institute of Physics Congress
    • 発表場所
      Brisbane (Australia)
    • 年月日
      2016-12-04 – 2016-12-08
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Non-Equilibrium Simulation of 'Thermal' Plasmas2016

    • 著者名/発表者名
      Yasunori Tanaka
    • 学会等名
      Gordon Research Conference
    • 発表場所
      Andover (USA)
    • 年月日
      2016-07-24 – 2016-07-29
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 2-D temperature estimation in Ar-O2 induction thermal plasmas for TiO2 nanopowder synthesis2016

    • 著者名/発表者名
      N. Kodama*, K. Kita, Y. Ishisaka, Y. Tanaka, Y. Uesugi, T. Ishijima, K. Nakamura, S. Sueyasu
    • 学会等名
      14th High-Tech Plasma Processes
    • 発表場所
      Munich (Germany)
    • 年月日
      2016-07-03 – 2016-07-08
    • 国際学会
  • [学会発表] High rate synthesis of Si/SiOx nanoparticles/nanowires using modulated induction thermal plasmas with controlled feedstock feeding2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Tanaka*, Y.Ishisaka, N.Kodama, K.Kita, Y. Uesugi, T. Ishijima, S. Sueyasu, K. Nakamura
    • 学会等名
      14th High-Tech Plasma Processes
    • 発表場所
      Munich (Germany)
    • 年月日
      2016-07-03 – 2016-07-08
    • 国際学会
  • [学会発表] Estimation on two-dimensional distribution of Ti excitation temperature during Ti feedstock injection into Ar induction thermal plasma torch2016

    • 著者名/発表者名
      N.Kodama*, K. Kita, Y. Ishisaka, Y. Tanaka, Y. Uesugi, T. Ishijima, S. Sueyasu, K. Nakamura
    • 学会等名
      18th Int.Congress on Plasmas Physics (ICPP2016)
    • 発表場所
      Kaoshung(Taiwan)
    • 年月日
      2016-06-26 – 2016-07-01
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of various types of induction thermal plasma source and their applications to materials processings2016

    • 著者名/発表者名
      Y.Tanaka
    • 学会等名
      18th Int.Congress on Plasmas Physics (ICPP2016)
    • 発表場所
      Kaoshung (Taiwan)
    • 年月日
      2016-06-26 – 2016-07-01
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Modulated Induction Thermal Plasmas for Large-Scale Nanopowder Synthesis2016

    • 著者名/発表者名
      Y.Tanaka
    • 学会等名
      13th Asia-Pacific Conference on Plasma Science and Technology (APCPST2016)
    • 発表場所
      Shanghai (China)
    • 年月日
      2016-05-19 – 2016-05-23
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Comparison of intermittent synchronized feeding and continuous feeding of feedstock during Si nanoparticle synthesis using pulse modulated induction thermal plasmas2016

    • 著者名/発表者名
      Yousuke Ishisaka*, Kentaro Kita, Naoto Kodama, Yasunori Tanaka, Yoshihiko Uesugi, Tatsuo Ishijima, Shiori Sueyasu, Keitaro Nakamura
    • 学会等名
      13th Asia-Pacific Conference on Plasma Science and Technology (APCPST2016)
    • 発表場所
      Shanghai (China)
    • 年月日
      2016-05-19 – 2016-05-23
    • 国際学会

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公開日: 2018-01-16  

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