微細ガス流を媒質としたマイクロプラズマ生成とその応用に関する研究

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微細ガス流を用いて、直流放電により大気圧マイクログロープラズマの生成に成功し、プラズマの特性を明らかにした。また、工業応用への適用するため、ガス流の構造、電極の形状と構成、および電源と回路パラメータによる制御の確立を行った。ヘリウムガス流を用いた放電では、印加電圧により2種類の放電パターンが現れた。印加電圧が低い場合、浮遊容量の充放電による自動高速パルス放電となった。バラスト抵抗など回路定数を調整することで放電特性を変えることが可能であり、複雑な回路が不要なパルス放電としての応用に適している。印加電圧を高めると、低気圧グロー放電と同様の放電構造となり、定常電圧・電流を示す安定な放電を形成した。非平衡性が高い放電でとなっており、工業応用において注目されている大気圧グロー放電を形成することができた。微細ガス流方式での大気圧グロー放電の生成は、誘電体バリアや高周波電圧を用いた一般的な生成法とは異なり、大気圧開放空間で単純な電極構成で生成することができ、優位性が高い。一方、プラズマプロセスにおいて一般的に使用されるアルゴンを用いる場合は、ガス流量を1/10としたとき大気圧グロー放電を形成することができた。ガスの密度と粘性の違いによりガス流の構造が変わるため、グロー放電を形成する適切な流量が異なることが判明した。ガス流の構造、電極の形状と構成、および電源と回路パラメータを変えて直流放電への影響を観測し、放電構造とプラズマ特性の制御法として有効であることを明らかにした。特に、ガス流を同軸2層状の構造とすることで、マイクロプラズマの周囲気体を制御することが可能となった。プラズマプロセスにおいて酸化を引き起こす酸素を除去することができるなど、その応用範囲は広く効果的な制御法である。