Research Abstract |
私は今年度,コロナ放電の基礎研究として,一世紀もの間不明であった「負イオンの生成機構と発展挙動」の解明に取り組んできた.コロナ放電は,現代の産業応用や微量分析化学の研究分野における基盤デバイスになっている.しかし,コロナ放電の基礎過程および放電内での負イオンの生成機構は非常に複雑とされ,過去にそれらの詳細は明らかにされていなかった.本研究では,大気圧コロナ放電質量分析を使った実験と電界分布に関する理論計算を行い,放電内での負イオン発展を支配する因子の特定に初めて成功した. これまでの研究において,水酸化物イオンHO^-,窒素酸化物イオンNO_x^-および炭酸系イオンCO_x^-を安定に再現性良く生成することのできる放電デバイスを構築していた.NO_x^-とCO_x^-は一次イオンからの発展過程を経て最終的に生成する長寿命イオン(>1s),HO^-は一次イオンO^-からNO_x^-生成への反応中間体で短寿命(〓10^<-3>s)とされる.本研究では,作成した放電デバイスを使用し,HO^-,NO_x^-およびCO_x^-の生成条件を特定した.これらのイオン種の生成に関与する発展過程はニードル先端表面に発生する電界分布に関連があると推測し,この仮説を証明するために,平板電極に到達する負イオンの空間分布を計測,平板表面に形成した放電痕跡を利用した電界の視覚化,加放電痕跡の表面分析,ニードル先端に発生する不平等電界分布の理論計算を行った.その結果,高電界強度(>10^8Vm^<-1>)を持つニードル最先端領域では長寿命イオンNO_x^-とCO_x^-,先端から外れた周囲の低電界領域(〓10^7Vm^<-1>)では短寿命イオンHO^-が生成することを明らかにした.すなわち,負イオンの生成機構およびその発展挙動は,ニードル先端に形成される不平等電界に支配されると結論付けられた.今年度の研究成果は,2つの国際学術雑誌および5つの国際・国内学会において発表した.第56回質量分析総合討論会,および第32回静電気学会全国大会において高い評価を受け,いずれも優秀賞等を受賞した.
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