超臨界流体プラズマ生成・診断、および、それを用いた環境調和型材料プロセスの創製

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本研究は、「超臨界流体プラズマ生成・診断・および、それを用いた環境調和型材料プロセスの創製」を目的とする。本年度の研究においては、この新規プラズマ状態、さらにはプラズマプロセスの更なる理解・制御のために"時間的・空間的な疎密混合状態のプラズマ反応場"のモデル反応場として、超臨界流体の密度揺らぎと比較し、時間的・空間的にマクロな系で揺らぎが生じている、バブルを含む液中におけるプラズマ反応場の生成・解析を行い、本プラズマ反応場制御に関する新たな知見を獲得した。具体的には、生理食塩水中において100μm程度の微小電極にAC電圧(10-100kHz)を印加し、主としてジュール加熱による、ガス注入無しでのバブル生成を行い、バブル中でのプラズマを形成した。印加電圧波形の制御のみで、電極上に10分以上安定に存在させた単一バブルと、電極近傍で生成されたバブルクラウドとの2つのバブルモードにおける安定なプラズマ形成、制御に成功している。さらに電気的特性、プラズマ中の励起種等を診断すると共に、計算機モデリングにより、バブルクラウド形成時に見られるバブル流が、主に誘電泳動力により駆動されていることを示唆した。誘電泳動力は、電界勾配と周囲媒質との誘電率の差により生じ、超臨界流体プラズマ反応場においても、疎密による誘電率の分子レベルでの空間的不均一性により、この力が働くことが考えられることから、誘電泳動力が、超臨界状態も含めた、疎密混合状態のプラズマ反応場の効率的輸送、さらにはプラズマ処理の空間的制御に効果的であることが期待される。また生体環境調和型プロセスとして、バブルクラウドモードでの液中プラズマ殺菌を行い、180sで99.5%の殺菌を実現した。本手法は、微小プラズマを用いることによる利便性と共に、高速処理能を有しており、次世代殺菌技術に大きく貢献しうるものである。