| 研究課題/領域番号 |
26600128
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| 研究機関 | 首都大学東京 |
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研究代表者 |
杤久保 文嘉 首都大学東京, 理工学研究科, 教授 (90244417)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 放電プラズマ / ミスト / 液相反応 / ナノ粒子生成 / 粒子挙動観測 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、大気圧プラズマ中に分散したミストを反応場として用い、ミスト内部での金属ナノ粒子の均一・高速生成を実現することを目的としている。平成26年度での研究経過を踏まえ、平成27年度は①ミスト含有プラズマの安定生成とミスト挙動の解析、②ミスト内液相反応による金属ナノ粒子生成、の２点を中心に進める計画とした。①に関して、大気圧プラズマ－ミスト間で安定した相互作用を得るという観点より、いくつかの手法を試した上で、微細ヘリウム流に沿って生成される直流グロー放電の周囲に、超音波霧化式装置で生成したミストを含むガスをシールドガスとして流す方式を採用した。このとき、印加電圧やその極性、電極間距離、ヘリウム流やミスト流の流量などをパラメータとして最適条件を探索した。また、シート状に加工したレーザー光と高速ビデオカメラを用い、大気圧プラズマの存在下でのミストの動的な挙動解析を行った。静電霧化式のミスト供給についてはまだ着手できていない。②に関し、金属ナノ粒子生成の前段として、金属塩を溶かした水溶液をミストとして供給して大気圧直流グロー放電を生成し、分光によって発光を調べた。塩化ナトリウム水溶液にプラズマを接するとナトリウムの発光が容易に観測されることは知られているが、水溶液をミスト化することによって高感度でナトリウムの発光が観測された。同様にミスト化することで、カリウム、ストロンチウム、銅の発光も観測することができた。これは、プラズマとミストの強い相互作用を示すものである。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
当初の研究計画では、平成26年度から27年度前半にかけてプラズマ支援ミスト内液相反応に必要となる安定なプラズマの形成、及び、ミスト挙動の調査を予定していた。また、これらの結果を踏まえて、27年度後半に金属ナノ粒子生成を試みる予定であった。様々なプラズマ生成法を試した結果として、直流グロー放電、超音波霧化式装置で生成したミストを含むシールドガス流を用いることで安定したプラズマ生成を実現した。また、この時のミスト挙動を光散乱計測によって行い、プラズマとミストの特性を明らかにした。更に、金属塩を溶解した水溶液を用いたとき、プラズマからの発光に金属原子の発光が高感度で含まれることを確認することができた。一方で、現時点では金属ナノ粒子の生成を確認するには至っていない。また、静電霧化式装置からミストを供給する実験系のセットアップが遅れている。よって、３ヶ月ほどの遅れがある。
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| 今後の研究の推進方策 |
ミストを気化させて反応場へと供給するような研究は他にもあるが、ミストの内部を反応場として利用することが本研究で掲げた独自性であり、これを金属ナノ粒子生成という形で実現することが必要である。平成28年度は最終年度であり、これを最低限の達成目標としている。この実現のために、当初の研究計画に則り、２つのアプローチを行う。(1) 超音波式霧化装置によるミストの利用：現時点でナノ粒子生成が確認できていないのは、ミストがプラズマからの熱によって蒸発していることが主因と考えている。したがって、ガス温度を下げる必要があり、これにはプラズマのパルス化で対応する。(2) 静電霧化式装置によるミストの利用：静電霧化式装置の場合、負極性コロナ放電を利用する。コロナ放電の場合は電流が小さいために熱の影響は抑制できるものと考えている。一方で、安定してミストを供給するためには液体の粘性や導電率を制御する必要があり、添加する薬品の検討が必要である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
平成27年度までの予算において残額が生じた理由は、以前に購入していた薬品を一部、使用したためである。これは平成28年度に、薬品等の消耗品の購入代に充当する。
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| 次年度使用額の使用計画 |
平成28年度の当初予算は物品費100千円、旅費400千円、その他100千円であるが、平成27年度終了時の残額は物品費に充当する。
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