ナノ構造材料創製のための反応性熱プラズマのモデリング

用于创建纳米结构材料的反应热等离子体建模

基本信息

批准号：
05F05423
负责人：
渡辺隆行
金额：
$ 1.54万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

反応性高周波熱プラズマや反応性多相アークの化学的非平衡プロセスを考慮した2温度モデル(電子と重粒子の温度が異なるモデル)による数値解析,および反応性熱プラズマを利用したナノ粒子、ナノチューブ、およびガラス粒子の生成過程のモデリングを開発することを研究目的とした研究を行い、以下の結果を得た。熱プラズマの非平衡モデルのための準安定種生成機構の解明として、熱プラズマ中の反応性ガスの解離・再結合、電離・再結合等のプロセスの非平衡性を考慮した新しいモデリングを開発すした。従来、熱プラズマは熱平衡として扱われてきたが,反応性ガスの解離・再結合,電離・再結合反応,および準安定種の生成などは非平衡として扱うことが適切である。非平衡モデルを構築するために,活性種が関与する反応速度のデータを取りまとめ,輸送係数や熱物性値の推算方法を確立した。従来の推算方法よりも高度な近似方法によってパソコンで物性値を推算できる手法を開発した。熱プラズマ中のナノ粒子生成モデルの数値解析として、プラズマ中に供給した原料の加熱・蒸発過程,さらに活性種が過飽和になった状態から均一核生成・不均一凝縮によって凝縮相への変化に関するモデリング、および生成した粒子の凝集過程や成長過程のモデリングを開発した。高周波熱プラズマを用いてソーダ石灰ガラス、無アルカリガラス粒子を合成し、実験結果と数値解析結果によって,ガラス粒子の組成や粒径を制御する手法を開発した。数値解析では,プラズマ中に供給したガラス原料の加熱・蒸発過程,続いて,活性種が過飽和になった状態から均一核生成・不均一凝縮によって凝縮相への変化に関するモデリング,および生成したガラス粒子の凝集過程や成長過程のモデリングを完成した。

我们使用两温模型（电子和重颗粒温度不同的模型）进行了数值分析，并考虑了反应性高频热等离子体和反应性多相弧的化学非平衡过程，并研究旨在使用反应性晶粒和可获得的纳米颗粒，Nanotubes和nanoparticles，Nanotubes和玻璃颗粒的建模。为了阐明热等离子体非平衡模型的亚稳定物种产生机制，我们开发了一种新的建模，该建模考虑了过程中的非平衡性能，例如分解，重组，电离，电离和热等离子体中反应性气体的重组。尽管过去曾将热等离子体视为热平衡，但可以治疗反应性气体的解离/重组，电离/重组反应以及亚稳态物种的形成为非平衡。为了构建非平衡模型，汇集了有关涉及活性物种的反应速率的数据，并建立了用于估计运输系数和热物理特性的方法。我们已经开发了一种方法，该方法使我们可以使用计算机使用计算机比常规估计方法更高级的近似方法来估算物理属性值。作为对热血浆中纳米颗粒产生模型的数值分析，我们开发了对等离子体中提供的原材料的加热和蒸发过程的建模，从活性物质的超饱和状态到通过均匀的成核和均匀的凝聚和异质凝结的凝结相的变化，以及生成的生长和生成的生长过程。开发了一种使用高频热等离子体合成苏打石灰玻璃和无碱玻璃颗粒的方法，并使用实验结果和数值分析结果来控制玻璃颗粒的组成和粒径。数值分析完成了送入血浆中的玻璃原材料的加热和蒸发过程，然后通过均匀的成核和异质凝结从活性物质的过饱和状态到凝结相的变化，并对所产生的玻璃颗粒的聚集和生长过程进行建模。

项目成果

期刊论文数量（12）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

A Multi-Phase AC Arc discharge and Its application for In-Flight Glass Melting

多相交流电弧放电及其在飞行玻璃熔化中的应用

DOI：
发表时间：
2008
期刊：
Chemical Engineering Journals accepted
影响因子：
0
作者：
Yaochun Yao;et. al.
通讯作者：
et. al.

Effects of Feed Rate and Particle Size on the In-Flight Melting Behavior of Granulated Powders in Induction Thermal Plasmas

进料速率和粒度对感应热等离子体中粒状粉末飞行熔化行为的影响

DOI：
发表时间：
2007
期刊：
影响因子：
0
作者：
Md. Mofazzal Hossain;et. al.
通讯作者：
et. al.

Kinetic Modeling of Ar-O_2 Thermal Plasma Including Metastable and Resonant States of Atoms and Molecules

Ar-O_2热等离子体的动力学模拟，包括原子和分子的亚稳态和共振态

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
IEEE Conference Record : 2006 IEEE International Conference on Plasma Science
影响因子：
0
作者：
Md.Nofazzal Hossain;Yasunori Tanaki;Takayuki Watanabe
通讯作者：
Takayuki Watanabe

In-Flight Melting of Granulated Powders in Thermal Plasmas for Glass Production

用于玻璃生产的热等离子体中粒状粉末的飞行熔化

DOI：
发表时间：
2007
期刊：
Transactions of Materials Research Society of Japan 32(2)
影响因子：
0
作者：
Yaochun Yao;et. al.
通讯作者：
et. al.

Nucleation and Growth of Cobalt and Iron Silicide Nanoparticles in RF Indution Thermal Plasma Reactor

射频感应热等离子体反应器中钴和铁硅化物纳米颗粒的成核和生长

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
Proceedings of 4th International Conference on Electrical and Computer Engineering
影响因子：
0
作者：
Md.Mofazzal Hossain;Hideaki Okumiya;Takayuki Watanabe
通讯作者：
Takayuki Watanabe