微小な液体を用いたマイクロプラズマの生成とプラズマ化学への応用

利用微小液体产生微等离子体及其在等离子体化学中的应用

• 批准号: 07J09239
• 负责人: 白井 直機
• 金额: $ 1.15万
• 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: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07J09239/
• 关键词: マイクロプラズマ; 液体; 電解質電極; グロー放電; テイラーコーン; コロナ放電; 液体電極; 大気圧グロー放電; 微細ガス流

微小な液体を用いて大気圧下で新たなマイクロプラズマを生成する手法を考案した生成した。大気圧下で液体を利用したマイクロプラズマの手法は多岐にわたるが、液体を電極としたグロー放電、コロナ放電を生成し、基礎特性と応用法を検討した。電解質溶液を用いて、微小電極間で放電を生成した際、その不安定さが問題であったが、電極間に微細ヘリウムガス流を導入して放電を形成すると低電流でも安定に放電を形成することに成功した。液体を陰極とすると、特性は液体の表面状態によって変化し、電流が低いときには電極間の気体が主成分となる放電を形成するが、電流が高く液体陰極の表面温度が上昇したときには、液体の成分が放電部に現れてくることを明らかにした。放電を制御するための電源にも着目し、FET等の半導体デバイスを用いたパルス電源を作成した結果、パルス幅を調節することで液体陰極からの発光を制御することができた。放電部の極性を逆にして液体を陽極とした際には、液体表面の発光部が規則正しい自己組織化模様を形成することを明らかにした。これは他の文献にも掲載されていない新規の結果である。液体陽極放電は、近年ナノサイズの金属材料生成プロセスとして注目されており、本研究で得られた自己組織化模様と組み合わせることで、新たな材料プロセスが期待できる。また、微小サイズの液体は静電界による力でテイラーコーンと呼ばれる円錐形状を形成するが、それを利用してコーンの先端にコロナ放電を形成できることも示した。コロナ放電は、負コロナのときのみ安定に生成され、特性は液体の導電率が高く、表面張力が低いときほど安定に生成できる。PVAのような粘性の高い液体を用いるとコロナ放電はコーンの先端よりも高い位置に局戸的に生成され、液体の表面張力、粘性、導電率を調整することで様々な形状のコロナ放電が形成できることを見出した。

我们设计并开发了一种在大气压下使用微小液体产生微等离子体的新方法。在大气压下使用液体的微等离子体方法有很多种，但我们使用液体作为电极产生辉光放电和电晕放电，并研究了它们的基本特性和应用方法。当使用电解质溶液在微电极之间产生放电时，其不稳定性是一个问题，但是通过在电极之间引入微观氦气流以形成放电，即使在低电流下也可以成功地形成稳定的放电。当使用液体作为阴极时，其特性根据液体的表面状况而变化，当电流较低时，会在电极之间形成主要成分为气体的放电，但当电流较高和表面温度较高时，会发生放电。液体阴极的体积上升，液体的特性发生变化，显示出在放电区域中出现的成分。我们还专注于控制放电的电源，通过使用FET等半导体器件制作脉冲电源，我们能够通过调整脉冲宽度来控制液体阴极的发光。结果表明，当放电部分的极性反转并将液体用作阳极时，液体表面上的发光部分形成规则的自组织图案。这是尚未在其他文献中发表过的新结果。液体阳极放电作为一种生产纳米金属材料的工艺最近引起了人们的关注，通过将其与本研究中获得的自组织图案相结合，可以期待新的材料工艺。我们还表明，由于静电场的作用，微观液体会形成称为泰勒锥的圆锥形，这可用于在圆锥的尖端形成电晕放电。只有当电晕为负时电晕放电才能稳定地产生，当液体具有高电导率和低表面张力时可以更稳定地产生。当使用PVA等高粘度液体时，锥体尖端上方会局部产生电晕放电，通过调节液体的表面张力、粘度和电导率，可以产生各种形状的电晕放电。可以形成

项目成果

電解質陽極と微細ヘリウム流を用いた大気圧グローマイクロ放電

使用电解质阳极和细氦流的大气压辉光微放电

• 发表时间: 2009
• 作者: Chieko Koike;et al.;羽渕 脩躬;加藤久子;清中茂樹 瓜生幸嗣 三木崇史 森泰生;白井直機
• 通讯作者: 白井直機

Pulse Modulated DC Atmospheric Glow Microdischarges with Electrolyte Cathode and Miniature Gas Flow

使用电解质阴极和微型气流的脉冲调制直流大气辉光微放电

• 发表时间: 2008
• 作者: 瓜生幸嗣;若森実;清中茂樹;三木崇史;秋山智志;森恵美子;森泰生;Naoki Shirai
• 通讯作者: Naoki Shirai

Atmospheric DC Glow Microplasmas Using Miniature Gas Flow and Electrolyte Cathode

• DOI: 10.1143/jjap.48.036002
• 发表时间: 2009-03
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: N. Shirai;M. Nakazawa;S. Ibuka;S. Ishii

Miniture gas flow as a novel scheme for generation of atmospheric direcrct current glow discharges

微型气流作为产生大气直流辉光放电的新方案

• 发表时间: 2008
• 作者: Yoshitsugu Uriu;Minoru Wakamori;Shigeki Kiyonaka;Satoshi Akiyama;Takafumi Miki;Emiko Mori;Yasuo Mori;Naoki Shirai
• 通讯作者: Naoki Shirai

Self-Organization Pattern in the Anode Spot of an Atmospheric Glow Microdischarge using an Electrolyte Anode and Axial Miniature Helium Flow

• DOI: 10.1143/apex.2.036001
• 发表时间: 2009-03
• 期刊: Applied Physics Express
• 影响因子: 2.3
• 作者: N. Shirai;S. Ibuka;S. Ishii