タンデム変調熱プラズマ高温反応場の構築と新機能性材料生成プロセスへの応用

抄録

本稿では，タンデム型変調誘導熱プラズマシステムの開発と，その熱流体場の時空間制御・解析，およびナノ粒子の大量生成と粒径制御技術について紹介する．本システムでは，異なる周波数の2つのコイル電流を用いてガス温度10,000K級の熱プラズマを維持し，ミリ秒単位で電力波形を変調することで，熱プラズマ温度場と反応場を時間的・空間的に制御する．この変調に同期させて原料を間欠的に導入し，高温場で効率的に蒸発させた後，低温場で核生成を促進することで，大量のナノ粒子を生成する手法を開発した．本手法により，酸化物ナノ粒子，金属イオンドープ酸化物ナノ粒子，Siナノ粒子，Siナノワイヤを数百～数千g/hの高レートで合成可能である．さらに，本システムを対象とした数値解析モデルの構築についても紹介する．