大気圧プラズマ法による準安定窒化物ナノ粒子の創製

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気相合成法を用いたナノ粒子合成手法に対して大気圧プラズマ法を適用することで大量生産に適した新規な気相合成法の開発に取り組んだ。特に本年度は、この大気圧プラズマ法によるナノ粒子合成プロセスを深化させる段階において、水蒸気成分が高い状況でもプラズマが定常的に発生することに端を発し、溶液プラズマ法とでも呼ぶべき液体へのプラズマ形成が可能であることを新たに見出した。また、このプラズマ状態を用いることでナノ粒子の合成が可能であることを確認した。このような溶液プラズマ状態から得られたナノ粒子においては、形成後に直ちに溶液中に分散していることになるため、未だプラズマからの電気的な形質を引き継いでおり、このことによってナノ粒子表面に静電気的な作用が残存することを見出した。このことから、溶液プラズマ法は単にナノ粒子合成だけでなく、表面活性剤などを用いなくとも表面電荷を制御した状態でナノ粒子を合成出来るという特質を見出した。また、このような電荷制御をより積極的に行うために、高周波電源を用いたプラズマ発生源に加え、より高い電子温度状態を形成しうるパルス電源を試作し、ナノ粒子合成手法への転用を試みた。その結果、半導体オープニングスイッチ素子を多段直列接続した新規スイッチングデバイスを自作することによって、大気圧において長さ20cm、電極間距離1cmの長方形電極間にプラズマを発生させることが出来ることを確認した。さらに、当電源を用いてナノ粒子合成を行うための最適な電極構造を荷電粒子シミュレーションコードを用いて計算により最適化した。また、これらの知見をもとに、プラズマ源としてレーザーを用いることで水中レーザー法によるナノ粒子合成が可能であることを見出し、実際にレーザーを用いたプラズマを用いたナノ粒子合成に成功し、単分散銀ナノ粒子溶液の合成とその経時変化について明らかとした。