変調型誘導熱プラズマを用いた高純度機能性ナノ粒子の大量生成法の開発

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誘導熱プラズマ(ICTP)を用いたナノ粒子生成の高効率化のためには，プロセス時の熱プラズマ中に含まれる様々な粒子の数密度やガスの特性(導電率など)の時空間的な分布を明らかにすることが必要である．以上のことから平成29年度(本年度)は，ICTPを用いたTiおよびTiO2ナノ粒子生成時における熱プラズマ中の粒子数密度およびガス特性に対する二次元分布計測を中心として研究を行った．前年度と同様に，二次元分光観測系を用いてTiナノ粒子生成中のICTPトーチを観測することで，特定の原子スペクトルに対する二次元放射強度分布を得た．理論計算を用いることで特定の原子スペクトルに対する放射係数を求めた．そして，特定の原子スペクトルに対する放射強度の観測値と放射係数の理論計算値をフィッティングさせることで，Ar-Ti ICTP中のTi上記混入率分布を推定した．さらに推定されたTi上記混入率などを用いることで，計測値を基にしてAr-Ti ICTP中の粒子密度や導電率の二次元分布や電力密度分布を推定可能であることを見出した．同様の手法をTiO2ナノ粒子生成時のICTPトーチに対して用いることで，TiOやTiO2などの分子に対する二次元数密度分布の推定に世界で初めて成功した．新規の熱プラズマ源として，タンデム-変調型誘導熱プラズマ(T-MITP)の開発にも着手した．T-MITPはICTPの石英管の周囲にコイルが直列に二つ接続された構造になっている．それぞれのコイルには独立した高周波電源が接続されている．この電源からコイルに供給される高周波電流を，それぞれ振幅変調制御することで，トーチ内に生成されるプラズマの時空間的な制御が可能である．本年度はAr T-MITPを立ち上げSiナノ粒子生成に応用した．その結果，Ar T-MITPを用いることでSiナノ粒子の安定した大量生成が可能であることを見出した．