大気圧クライオプラズマの創製とその材料加工プロセスへの応用

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本研究では、大気圧プロセスプラズマの新しい可能性を開拓すべく、(1)"熱プラズマ(ガス温度数千K〜数万K程度)"、(2)"低温プラズマ(ガス温度300K〜1000K程度)"に次ぐ、第3の温度領域-ガス温度数十K〜273K〜300K程度-のプロセスプラズマ"大気圧クライオマイクロプラズマ"の創製とその材料加工プロセスへの応用を目指し,以下のような成果を挙げた。先ず、(1)大気圧クライオプラズマの創製とプラズマ診断を行った。ガス温度を液体ヘリウム温度から室温まで(4〜300K)連続的に制御したクライオプラズマ(誘電体バリア放電型プラズマジェット、および、平行平板型電極を用いた誘電体バリア放電)の安定発生に成功した。プラズマジェットの様子は温度とともに変化する。また、発光分光測定を行ったところ、励起種がガス温度低下に伴って変化することも確認され、ガス温度が20K以下になるとヘリウムエキシマーからの発光がはっきりと確認された。さらに、透明電極であるITO電極を用いて平行平板型電極を用いたクライオ誘電体バリア放電プラズマを発生させたところガス温度変化に伴いプラズマの自己組織化パターンも変化することがわかった。これらは雰囲気ガスの温度変化に伴う密度変化や物性変化に起因すると考えられる。また、(2)材料加工プロセス(表面エッチング、表面改質)への応用に向け、有機材料の表面改質(表面の親水化)の予備実験も開始した。