緒言
高周波熱プラズマは超高温、高化学活性であり，雰囲気(酸化、還元，不活性)を自由に選択することができる。また、無電極放電であるため、不純物が生成物に混入せず、高純度のナノ粒子合成が可能である。このような特長を有しているため、実プロセスへの応用が期待されており、実用化を目的とした研究が広く行われている。しかし、現在までにナノ粒子生成機構は充分に解明されていないため、生成物の形態、化学組成、結晶構造を制御可能とするまでには至っていない。そこで本研究では、特殊な形状を有するナノ粒子の合成実験を行い、その実験結果からナノ粒子生成機構を検討し、形態制御法の確立を目的とする。なお本研究では，特殊な形状を有するナノ粒子として，金属内包非晶質ナノ粒子およびTiO2担持型WO3ナノ粒子を対象とした．

実験装置および方法
高周波熱プラズマ装置は石英製の絶縁材料でできた水冷トーチの一端にガス導入部を設け、そこに大気圧程度のガスを流し、トーチ外の誘導コイルに高周波電流を流すことによって、発生した電磁場によって誘導的にプラズマを発生させている。このプラズマは大気圧下で中心部の温度が約10,000Kとなり、粉体供給装置からキャリアガスにより、トーチ内のプラズマに供給された原料粉体は瞬時に蒸発し，その後急冷されて、凝縮過程を経てナノ粒子を生成する。本研究では，高周波プラズマによるナノ粒子合成装置を利用して、金属内包非晶質ナノ粒子、TiO2担持型WO3ナノ粒子の各種合成実験を行った。本装置の概略図をFig. 1に示す。実験条件は大気圧下で周波数4MHz、出力は30 kW、シースガスはAr、O2を合計流量が65 L/minとなるように混合して用いた。インナーガスはArまたはO2とし，その流量は5 L/minとした。キャリアガスは所定の粉体供給量を得るために流量3〜7 L/minの間で調節した。粉体供給量は、100〜1000 mgの範囲で実験に応じて変化させた。また、状況に応じて、チャンバー下部からクエンチ管を導入した。生成物の分析には、XRD観察、TEM-EDS観察、ICP-AES測定、XPS測定を用いた。

Mg-Si-O系非晶質ナノ粒子の合成
金属種を変化させた実験では、原料のモル比をMe/Si=0.56、Mg/Si=0.66 (Me=Fe, Ni, Mo, Sn, Zn)と固定し，5種類の金属を比較した。Zn以外の金属種に関しては，金属としての回折パターンのみが確認できた．一方，Znにおいては，金属としてのピークと酸化物としてのピークが確認された．Fe, Mo, Ni, Snに関しては，非晶質粒子の中に結晶構造を有する粒子が内包されている様子が確認できる．一方，Znに関してのみ，表面に小さい粒子が多数付着している様子が確認された．これらの結果より，TEMで確認できた非晶質粒子中に内包されている結晶構造を有した粒子が，それぞれの金属であることがわかる．これらの結果を定量的に考察するために，金属の内包率を評価したところ，Fe、Mo、Ni、Sn、Znに関して，それぞれ80%，80%，50%，45%，10%程度という結果が得られた。均一核生成速度の観点から，Si-O系非晶質に対してMoは核生成温度が高く、Znは核生成温度が低いということが内包率に影響しているということが考えられた。しかし，Fe、Ni、Snの合成機構に関してはまだ充分に説明できない部分がある．今後シミュレーション計算を行い，金属内包非晶質ナノ粒子の生成機構を検討することを予定している．

金属含有Si-Mg-O非晶質クラスター生成過程シミュレーション
金属含有Si-Mg-O非晶質クラスター生成過程シミュレーション計算を行い、このシミュレーションが高周波熱プラズマ装置のナノ粒子合成のナノ粒子形態制御に応用できるか検討する。計算は、原子状態計算と構造最適化計算を組み合わせて、原子群の安定な構造と挙動を解析する。今後、シミュレーションを発展させていく必要がある。

結言
高周波熱プラズマを用いて様々な形状を有する酸化物系ナノ粒子の合成を試みた．非晶質ナノ粒子中に金属を内包したナノ粒子の生成機構は，金属種の核生成温度を考慮することで，概ね説明できることがわかった．一方それだけでは説明できない結果も得られているため，今後シミュレーションと実験を並行して研究を進め、生成機構を解明することが重要である。

業績は修士論文をご覧ください。