高周波誘導結合による新しい液中プラズマ生成法の開発と粒子処理プロセスの開拓

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本研究では、液体中での連続的かつ安定な非平衡プラズマ(低温)の生成と新たなプロセスへの応用展開を図ることを念頭に、高周波を用いた新しい液中プラズマ生成法に関わる放電機構の解明と最適化を行うと共に、ナノ粒子プロセスへの適用性を探求することを目指している。研究計画の最終年度にあたる本年度は、初年度での研究成果を踏まえ、本研究での方式による液中プラズマ生成における放電機構を明らかにすると共に、その特性を評価し応用への足がかりを築くことを念頭に、以下の研究を行った。まず、プラズマの特性評価と放電機構の解明するため、超純水中でのプラズマ生成におけるプラズマへの高周波電力の伝達効率を計測したところ、水中での放電にも関わらず高効率(供給した高周波電力のうち60%程度がプラズマに吸収)の放電が実現できていることが明らかとなった。これは、本研究で開発してきたプラズマ生成方式が、従来の高電圧パルスを用いた直流放電よりも、効率の良い放電形式であることを示唆している。さらに、放電後の水のPHを測定したところ、弱酸性に変化することも分かった。次いで、ナノ粒子を分散させた液中での放電を試み、ナノ粒子を含有した状態でも上記の放電を維持できることを明らかにした。さらに、水中で生成したプラズマの化学反応性を解明するため、水溶性の有機物を含有した水中でのプラズマ生成実験を行い、放電後の水中の有機物の構造を赤外吸収ならびにX線光電子分光法を用いて調べたところ、分子の酸化反応に加えて分解反応が顕著に生じていることを明らかにした。