大気圧クライオマイクロプラズマの材料プロセシングへの応用

大気圧クライオマイクロプラズマの生成、物性診断、新しい材料加工プロセシングを目的とした研究を行い、以下の実績を得た。(1)He, Ar, Air, N_2などの各種ガスをプロセシングガスとして使用し、数K～300Kの極低温の温度範囲内で均一で安定な大気圧クライオプラズマを生成することに成功した。また発光分光法により、窒素分子の発光スペクトルを分析してプラズマガス温度を測定した。(2)放電の観察、電流電圧測定と分光分析の結果、大気圧クライオプラズマのガス温度の制御によってプラズマの色、パターンの変化、そして放電モードの転移を見出した。特にHeクライオプラズマの場合、発光分光測定を時間分解分光分析によって行い、温度の低下が発光スペクトル、づまり活性種の時間展開を変化させ、擬似グロー放電からグロー放電、そしてタウンゼント放電へ至る放電モードの変化をもたらすことが示された。一般にHeプラズマにおいてはタウンゼント放電は生成されない事が知られており、この点からもこの研究成果は貴重だといえる。この現象の理由としてHeクライオプラズマの中に存在するHe準安定種が大切な役割を行ったと考えられる。この結果はクライオプラズマの放電モードの温度依存性をさらに根拠づけるものとなった。この研究は、圧力または電極間距離といった従来のプラズマ科学で用いられてきたパラメータと同様に、温度という新しく導入されたパラメータが放電モードを変化させることを示した点において重要である。(3)応用を目的としたクライオプラズマの開発を行った。従来クライオプラズマに採用してきた平行平板型、プラズマジェット型を用いた誘電体バリア放電に続き、電子のPendelum効果により低電力、高電子密度といった特徴を持つマイクロホローカソード放電をクライオプラズマに用い、より応用に適した低電力高密度プラズマとしてのクライオプラズマソースの可能性を確認した。

大気圧クライオマイクロプラズマの生成、物性診断、新しい材料加工プロセシングを目的とした研究を行い、以下の実績を得た。(1)He, Ar, Air, N_2などの各種ガスをプロセシングガスとして使用し、数K～300Kの極低温の温度範囲内で均一で安定な大気圧クライオプラズマを生成することに成功した。また発光分光法により、窒素分子の発光スペクトルを分析してプラズマガス温度を測定した。(2)放電の観察、電流電圧測定と分光分析の結果、大気圧クライオプラズマのガス温度の制御によってプラズマの色、パターンの変化、そして放電モードの転移を見出した。特にHeクライオプラズマの場合、発光分光測定を時間分解分光分析によって行い、温度の低下が発光スペクトル、づまり活性種の時間展開を変化させ、擬似グロー放電からグロー放電、そしてタウンゼント放電へ至る放電モードの変化をもたらすことが示された。一般にHeプラズマにおいてはタウンゼント放電は生成されない事が知られており、この点からもこの研究成果は貴重だといえる。この現象の理由としてHeクライオプラズマの中に存在するHe準安定種が大切な役割を行ったと考えられる。この結果はクライオプラズマの放電モードの温度依存性をさらに根拠づけるものとなった。この研究は、圧力または電極間距離といった従来のプラズマ科学で用いられてきたパラメータと同様に、温度という新しく導入されたパラメータが放電モードを変化させることを示した点において重要である。(3)応用を目的としたクライオプラズマの開発を行った。従来クライオプラズマに採用してきた平行平板型、プラズマジェット型を用いた誘電体バリア放電に続き、電子のPendelum効果により低電力、高電子密度といった特徴を持つマイクロホローカソード放電をクライオプラズマに用い、より応用に適した低電力高密度プラズマとしてのクライオプラズマソースの可能性を確認した。