反応性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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本年度は、本研究課題の最終年度として、これまでに行ってきた、(A)ヘリウム（He）の気液臨界点近傍における絶縁破壊現象についての研究、(B)He/窒素混合系クライオプラズマ中の種々の反応のプラズマガス温度依存性についての実験および計算による研究、(C)レーザー干渉計によるプラズマガス温度測定について、さらなる実験・考察をおこなった。さらに、これまでの基礎的な研究結果を材料加工プロセスの応用につなげるための研究として、(D)クライオ温度における高圧N2およびAr中における新たな放電電極の開発と材料の表面処理についての研究を新たに行った。まず、(A)については、本年度は得られた結果の論文誌（J Phys E）およびプラズマ表面処理に関する国際学会において発表を行った。(B)の研究では、「プラズマガス温度」というパラメータのプラズマ化学における重要性を明確に示し、クライオプラズマのみならず一般的な非平衡プラズマにおいてもインパクトがあるものと考えている。また、(C)については、クライオプラズマにおいて重要な課題であるガス温度制御のために、ガス温度評価が必要であり、レーザーヘテロダイン干渉計による屈折率測定を通じてガス温度を見積もる手法を活用した。レーザー干渉計を組み上げ、新たに測定を行った。続いて、(D)において新たな高密度流体中プラズマ源の開発を行った。本研究では、Heよりも安価で工業的な応用が見込めるN2およびArにおいて、それぞれ臨界温度付近の温度において、気体、超臨界流体、液体にまたがる領域におけるプラズマ源の開発を行った。本研究では、電界電子放出能の高いカーボンナノチューブを利用した誘電体バリア放電により、低電圧で安定かつ大面積のプラズマ源の生成を行うことができた。発光分光測定の結果より、プラズマ中での準安定窒素分子の多量の存在と、準安定分子と誘電体表面の活発な化学反応が示唆され、現在投稿論文執筆中である。