新しい材料プロセスツールとしての超臨界流体プラズマビーム装置の開発

本研究は、新しい材料表面処理/加工テクノロジーの創製を最終ゴールとして、"超臨界流体プラズマビーム"装置の開発を行った。(1)放電法による超臨界流体プラズマビームプロセス装置の開発本年度は「、材料加工・処理用の超臨界流体プラズマ材料プロセス装置の開発を行った。放電方法として、高圧雰囲気での安定性、制御性に富む、誘電体バリア放電をベースにしたビーム発生法を採用した。電源としては、交流(1〜10kHz程度)電源を用い、フロー式プロセスチャンバー(耐圧:100気圧、耐温度:100℃)は新たに作製した。主に、CO_2超臨界流体プラズマの創製を行い、そのプラズマ発生特性(ガス圧・電圧など)を調べた。また、比較実験として、バッチ式のフローのない場合の発生も行った。(3)マイクロ表面処理・加工への応用以上の新プロセス装置を用いたマイクロ表面処理・加工の予備実験として、CO2超臨界流体、および、有機金属原料を添加したCO2超臨界流体を用いた、プラズマ合成によるカーボンナノ物質、および、金属微粒子合成を行った。前者においては、通常のカーボンナノチューブやポリヘドロンなどが効率よく生成した。また、その生成機構として、従来の気体プラズマとは異なり、プラズマガス(超臨界CO2)を原料とし、かつ、触媒としてのNiなどの電極材料を不要とするものであった。また、後者の実験ではCO2の通常の高圧ガスへの有機金属原料の1000倍にも及び高い溶解度の大きさに起因して、通常の気体プラズマでは生成しなかった数十nm程度の金属微粒子の生成に成功した。さらにまた、通常の超臨界流体(非プラズマ状態)からの生成では、純粋な金属微粒子は得られず、不純物としての酸素や炭素元素の検出が確認され、超臨界流体プラズマプロセスの高い反応性が確認された。

本研究は、新しい材料表面処理/加工テクノロジーの創製を最終ゴールとして、"超臨界流体プラズマビーム"装置の開発を行った。(1)放電法による超臨界流体プラズマビームプロセス装置の開発本年度は「、材料加工・処理用の超臨界流体プラズマ材料プロセス装置の開発を行った。放電方法として、高圧雰囲気での安定性、制御性に富む、誘電体バリア放電をベースにしたビーム発生法を採用した。電源としては、交流(1〜10kHz程度)電源を用い、フロー式プロセスチャンバー(耐圧:100気圧、耐温度:100℃)は新たに作製した。主に、CO_2超臨界流体プラズマの創製を行い、そのプラズマ発生特性(ガス圧・電圧など)を調べた。また、比較実験として、バッチ式のフローのない場合の発生も行った。(3)マイクロ表面処理・加工への応用以上の新プロセス装置を用いたマイクロ表面処理・加工の予備実験として、CO2超臨界流体、および、有機金属原料を添加したCO2超臨界流体を用いた、プラズマ合成によるカーボンナノ物質、および、金属微粒子合成を行った。前者においては、通常のカーボンナノチューブやポリヘドロンなどが効率よく生成した。また、その生成機構として、従来の気体プラズマとは異なり、プラズマガス(超臨界CO2)を原料とし、かつ、触媒としてのNiなどの電極材料を不要とするものであった。また、後者の実験ではCO2の通常の高圧ガスへの有機金属原料の1000倍にも及び高い溶解度の大きさに起因して、通常の気体プラズマでは生成しなかった数十nm程度の金属微粒子の生成に成功した。さらにまた、通常の超臨界流体(非プラズマ状態)からの生成では、純粋な金属微粒子は得られず、不純物としての酸素や炭素元素の検出が確認され、超臨界流体プラズマプロセスの高い反応性が確認された。