炭素繊維電極を用いたプラズマによるCO_2ガスの分解と炭素化

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本研究は大気圧マイクロプラズマを発生させ,プラズマ生成空間に炭素繊維を配置し,プラズマと反応させる事によりCO_2ガスの分解と炭素固定を進めるという全く新しい方法の提案である。プラズマと反応ガスとの接触時間を最大化することから本年度は,直流駆動のマイクロプラズマ発生方式を重点に,プラズマの安定発生条件の解明と,分光手法によるプラズマの評価を行った。以下に詳細を述べる。1、CO_2ガスのように,電気的負性気体を大気圧以上の圧力下で安定に生成させる放電方式として,最終的にマイクロホローカソード放電方式を採用した。この方式は数100μmの穴を陰極に設けることで,陰極穴内で効率よく電離が発生し,安定にプラズマ生成が可能であることがわかった。また,パルス駆動方式と比較して常にプラズマと反応ガスとが接触するという利点があることも示した。放電開始時と放電維持時では,電離機構が変化し,放電開始時には大きな外部安定化抵抗を必要とすることがわかった。さらに必要な抵抗値は放電電圧電流特性の微分抵抗値から算出できることを明らかにし,効率の良い直流駆動条件を明らかにした。2、直径数100μmの微小プラズマの分光計測を実施し,微量含まれる窒素のスペクトル強度比から電子温度が推定できることを示し,負性気体中では電子温度が極めて高くなり,CO_2ガスの分解に十分な電子エネルギーがあることがわかった。さらに中性ガス温度を分光的に求め,プラズマ内では数1000℃に達することを示した。3、上記マイクロホローカソードプラズマに炭素繊維を挿入した場合の放電特性について,電気的分光的計測手法により検討し,反応生成過程に及ぼす影響について明らかにし,今後の開発方針を得た。