医療・環境浄化用ナノ粒子プラズマ流体システムの最適制御

本研究の目的は,汎と用的・高効率・高精度のサイズ選別性および高制御性を有する医療・環境浄化用ナノ粒子創製のためのプラズマ流体システムの最適制御を実現することで,医療(バイオ)工学・環境科学・ヘルスサイエンスの分野に学術的かつ社会的に貢献することである.機能性ナノ粒子創製の素過程は当該研究により明らかにされつつあるが,依然として詳細は未解明であり,産業レベルにおける粒径・組成・物質機能の制御性は高くはない.そこで本研究では原料の瞬間的蒸発および核生長を同時に行えるプラズマ流を利用した創製プロセスに焦点を当てきた.プラズマ流は流体力学・熱力学・伝熱学・電磁気学の立場から複雑干渉系として定式化され,さらに異種気体の混合により化学反応場さえ制御可能になるという利点に着目し,実験計測の困難な熱流動場の詳細な情報を数値計算によって得ることに成功した.加えて機能性ナノ粒子の核生成および共凝縮過程のみならず,凝集,拡散,熱泳動をも考慮した創製過程の新たな物理モデルを構築し,実験研究結果との比較を行い,粒径分布や組成の一致が得られたことから,プラズマ流による機能性ナノ粒子創製プロセスのモデル化に成功し,創製機構を明らかにすることができたと言える.さらにナノ粒子創製プロセスを促進するための効果的な急冷方法についても数値計算を用いた仮想実験を行うことで,最適な装置の設計指針を明示することができた.以上の成果はJournal of Physics D: Applied Physicsの特集号「Plasma-aided Fabrication of Nanostructures and Nanoassemblies: Main Features and Competitive Advantages」に招待論文として掲載されるなど,プラズマ材料科学の分野における相応の評価が得られていると言える.

本研究の目的は,汎と用的・高効率・高精度のサイズ選別性および高制御性を有する医療・環境浄化用ナノ粒子創製のためのプラズマ流体システムの最適制御を実現することで,医療(バイオ)工学・環境科学・ヘルスサイエンスの分野に学術的かつ社会的に貢献することである.機能性ナノ粒子創製の素過程は当該研究により明らかにされつつあるが,依然として詳細は未解明であり,産業レベルにおける粒径・組成・物質機能の制御性は高くはない.そこで本研究では原料の瞬間的蒸発および核生長を同時に行えるプラズマ流を利用した創製プロセスに焦点を当てきた.プラズマ流は流体力学・熱力学・伝熱学・電磁気学の立場から複雑干渉系として定式化され,さらに異種気体の混合により化学反応場さえ制御可能になるという利点に着目し,実験計測の困難な熱流動場の詳細な情報を数値計算によって得ることに成功した.加えて機能性ナノ粒子の核生成および共凝縮過程のみならず,凝集,拡散,熱泳動をも考慮した創製過程の新たな物理モデルを構築し,実験研究結果との比較を行い,粒径分布や組成の一致が得られたことから,プラズマ流による機能性ナノ粒子創製プロセスのモデル化に成功し,創製機構を明らかにすることができたと言える.さらにナノ粒子創製プロセスを促進するための効果的な急冷方法についても数値計算を用いた仮想実験を行うことで,最適な装置の設計指針を明示することができた.以上の成果はJournal of Physics D: Applied Physicsの特集号「Plasma-aided Fabrication of Nanostructures and Nanoassemblies: Main Features and Competitive Advantages」に招待論文として掲載されるなど,プラズマ材料科学の分野における相応の評価が得られていると言える.