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論文題目「Investigation of Vaporization and Growth Mechanism of Sn-based Nanoparticles Prepared by Argon Hydrogen Arc Plasmas」
（アルゴン−水素アークによるナノ粒子合成機構の解明）

田中　学
（現在，九州大学 工学研究院 助教）

本研究では，高温かつ高化学活性という特徴を有する熱プラズマの一種である直流水素アークを用いて，錫系合金ナノ粒子の合成を試みるとともに，水素アーク中の水素原子が陽極上の溶融金属原料からの蒸発に与える影響，水素アークによるナノ粒子の生成機構，さらに金属蒸気が直流アーク挙動に与える影響を明らかにすることを目的とし検討を行った。

第1章「General Introduction」では，熱プラズマによるナノ粒子合成，および直流アークを用いた材料プロセスに関する既往の研究を概観し，水素アークがナノ粒子合成に適しているが，ナノ粒子の生成機構や陽極からの蒸発金属が水素アーク挙動に与える影響が明らかにされていないことを示した。

第2章「Synthesis of Sn-Ag Nanoparticles Prepared by Ar-H2 Arc」では，水素アークを用いて錫−銀二元系合金のナノ粒子を合成した。水素アーク中の水素濃度を変化させることでナノ粒子の平均粒径を20−90 nmの範囲で制御できることを示した。また，ナノ粒子の組成分析と水素アークの発光分光分析によって，水素濃度が50vol%の条件において錫−銀溶融合金からの錫の選択的な蒸発促進を確認した。水素濃度を変化させることで，ナノ粒子の粒径に加え，粒子組成の制御も可能であることを示した。さらにナノ粒子の特性の一つである融点降下を確認し，水素アークで合成した錫−銀合金ナノ粒子の鉛フリーはんだ微粉末としての応用の可能性を示した。

第3章「Investigation of Growth Mechanism of Sn-based Nanoparticles Prepared by Ar-H2 Arc」では，錫−銀−銅三元系合金のナノ粒子を合成した。銅の添加によるナノ粒子生成過程に対する影響を実験的に検討し，原料中の銅含有量の増加に伴いナノ粒子の平均粒径が小さくなることを確認した。また，均一核生成および不均一凝縮を考慮したモデリングにより，水素アークによるナノ粒子生成過程を検討した。計算結果と実験結果との比較により，提唱したモデルが水素アークによるナノ粒子生成過程を表現できることを示した。

第4章「Investigation of Enhanced Vaporization Mechanism from Molten Metal Surface by Ar-H2 Arc」では，水素アークの陽極境界層領域における発光分光分析を行うことにより，水素アークによる溶融合金からの蒸発機構を検討した。陽極境界層領域において水素化錫からの発光を確認し，さらに発光分光分析と溶融合金の蒸発速度の実験結果を比較・検討することで，水素アークによる錫−銀溶融合金からの錫の選択的蒸発には水素化錫の生成が重要な役割を担っていることを示した。さらにチタン−ケイ素溶融合金においては，チタンの選択的蒸発とチタンの水素化物からの発光が確認された。これらの結果より，水素アークによる溶融合金からの特定の金属の選択的蒸発促進には，水素化物の生成が重要な役割を担っていることが示された。

第5章「Investigation of Anode Material Vaporization in a Transferred Arc Device」では，陽極材料の金属蒸気が直流アークに及ぼす影響について検討した。直流アークと陽極の接触形態に及ぼす金属蒸気の影響を実験的に検討し，Multiple Attachment ModeからConstricted Modeへの移行には陽極からの金属蒸気のアーク中への混入が重要な役割を担っていることを示した。陽極からの微量な金属蒸気の混入でも直流アークに与える影響は無視できないという結果が得られたことから，水素アークによるナノ粒子合成プロセスにおける金属蒸気の影響の重要性が示された。

第6章「Conclusion」では，本研究の成果を総括し，今後の展望を述べた。

博士論文の内容は2008年1月27日にテレビ朝日の「近未来×予測テレビ　ジキルとハイド」にてテレビ放映されました。
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