Study on microwave-induced non-equilibrium chemical reaction by complex permittivity analysis

复介电常数分析微波诱导非平衡化学反应研究

基本信息

批准号：
21K04781
负责人：
藤井知
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Toyohashi University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04781/
关键词：
マイクロ波化学複素誘電率空洞共振器法金属プラズマ

项目摘要

マイクロ波照射下における固体触媒の電場・温度依存の複素誘電率測定が出来る装置について研究を行っている。これまでの結果、効率よくマイクロ波キャビティ内に効率よくマイクロ波を伝送することが出来るアンテナとキャビティ（TM010やTM110モード）の設計と設計を行い、50Ωに近いインピーダンスを実現することができた。これらの成果を元に、TM010モードキャビティでは、アンテナ導入とカップリングを調整することにより凡そ10000くらいのキャビティが実現することを示せた。この値は複素誘電率測定として十分な性能である。複素誘電率の温度依存性は、当初、ランプ加熱を想定していた。実施検討した結果、やはり、キャビティも加熱されてしまい、キャビティの熱膨張によるQ値変動が生じることや500℃以上の高温には出来ないことが判明した。そこで、CO2レーザを材料の加熱として導入し、さらに、複素誘電率やマイクロ波加熱が同時に出来るような装置の構築を行った。これにより、必ずしもマイクロ波加熱されない材料の誘電率温度依存を測定可能となった。現在、固体触媒や半導体材料の誘電率変化などを測定を実施している。また、効率的なTM110モードの高磁場キャビティを実現することができたことから、金属をロッドを加熱することができ、さらに、真空中では固体から直接プラズマが発生することを発見した。この現象は全く新しいプラズマ発生方法であり、新しい材料プロセスについて提案することができた。今後、全く新しいプラズマプロセスへと発展させる可能性を見出した。

我们正在研究一种可以测量微波辐射下固体催化剂的电场和温度依赖性复介电常数的装置。因此，我们已经能够设计出一种天线和腔体（TM010和TM110模式），可以有效地将微波传输到微波腔体中，并实现了接近50Ω的阻抗。基于这些结果，我们能够证明，通过调整天线引入和耦合，可以在 TM010 模腔中实现大约 10,000 个腔。该值对于复杂的介电常数测量具有足够的性能。复介电常数的温度依赖性最初被认为是由灯加热引起的。实施研究的结果发现，型腔也会被加热，由于型腔热膨胀而引起Q值波动，并且不可能将温度升高到500°C或更高的高温。因此，我们引入了CO2激光器来加热材料，并构建了一种可以同时进行复介电常数和微波加热的装置。这使得可以测量不一定由微波加热的材料的介电常数与温度的关系。目前，我们正在测量固体催化剂和半导体材料的介电常数的变化。此外，他们还能够创建高效的 TM110 模式高场腔，使他们能够加热金属棒，并发现等离子体可以直接从真空中的固体产生。这种现象是一种全新的等离子体生成方法，我们能够提出一种新的材料工艺。我们发现了未来开发全新等离子工艺的可能性。