Innovative technology for controlled synthesis of reactive species by elucidating spatio-temporal dynamics of plasma gas-liquid interfacial reactions

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本研究では，プラズマと低次元界面液体との界面層における，電荷・気流，液体形状変化が相互作用する特異的な界面反応を解明し，プラズマ照射液体内の反応生成物の完全制御の学術基盤を構築することを目的としている．初年度の2022年度は以下の成果を得た．①プラズマ生成活性種・電荷の低次元界面液体への独立制御供給技術の開発：2022年度は，二つのプラズマ（『電荷制御プラズマ』と『活性種制御プラズマ』）と液柱流の接触を時間・空間的に制御できる新たな装置開発に注力した．『電荷制御プラズマ』に必要な電圧波形を生成するナノ秒パルス電源開発を行い，空間的に局在する液体表面電荷の生成が確認された．『活性種制御プラズマ』として必要な，気相液相の混相流を横切る時間制御されたプラズマ生成を，浮遊電極導入と高周波交流放電により実現した．②プラズマ照射低次元界面液体での活性種，電荷の計測手法の確立：【電界・電荷計測】『電荷制御プラズマ』の下流に，低速且つ微量な電荷の運動を捕捉できる静電プローブおよび回路を開発することに成功した．【活性種計測】時間・空間的に非一様な液柱流の流れ方向分布を得るために，新たに空気噴射による活性種のサンプル法を開発した．これにより，気液界面プラズマに生じる，空間局在した活性種の計測が可能となった．③低次元界面液体の形状変化と化学反応のシミュレーション手法の開発：気流および電磁場との相互作用によって形状変化が生じる二次元液柱流をシミュレートできる数値計算手法を開発した．界面変形にともなう電磁気力の集中と増大によって液面の形状変化が促進されるプロセスや，気流の影響を受けて安定的な流下を維持できずに液柱が破断に至る過程も再現された．流体内部の物質輸送を同時に扱うことのできる機能の開発も進みつつある．