誘導結合型熱プラズマを用いた反応性プラズマ蒸発法によって、セラミックスナノ粒子を生成した。アルゴン−酸素熱プラズマによって金属原料を効率よく蒸発させることができた。シリコン、アルミニウム、チタンの粉体からそれぞれシリカ、アルミナ、チタニアのナノ粒子を生成した。

反応管の上流からインジェクションガスを導入し、ナノ粒子の生成過程に与える影響を調べた。インジェクションガスを反応管断面に対して接線方向から供給することで、ナノ粒子の1次粒子径を成長させた。また収率も上げることができた。

原料粉体の供給量を増加させることで不均一凝縮を促進させ、粒子を成長させた。シリカナノ粒子の場合、微小な粒子の生成を抑え、大粒子を多く発生させた。

数値計算によりナノ粒子の生成過程を考察した。インジェクションガス流量の1次粒子径に与える効果は、旋回流モデルを使用することで確認できた。インジェクションガスを反応管の内壁に沿って旋回させることでセラミックス蒸気の通過断面積が狭くなる。これにより単位体積当たりに発生する粒子数が少なくなり、少ない粒子に対して不均一凝縮が進行し、粒径は大きくなる。

ナノ粒子の応用として、成膜材料としての適用を試した。シリカナノ粒子を泳動電着によってステンレス基板上に成膜した。ナノ粒子側の条件から、成膜の度合いは大きく左右される。

研究論文

• 渡辺隆行, 藤原啓司: 高周波熱プラズマを用いた二酸化ケイ素超微粒子合成における粒径と収率の制御, Journal of the Society of Inorganic Materials, Japan, 7 (287), p.285-294 (2000.7).
• 渡辺隆行, 藤原啓司: 高周波熱プラズマを用いたシリカおよびチタニアナノ粒子合成における核生成機構, 高温学会誌, 28 (3), p.127-133 (2002.5).
• Takayuki Watanabe and Keiji Fujiwara: Nucleation and Growth of Oxide Nanoparticles Prepared by Induction Thermal Plasmas, Chemical Engineering Communication, 191 (10), p.1343-1361 (2004.10).

国内学会

• 藤原啓司, 渡辺隆行, 小浦延幸, 井手本康, 高山佳典, 對木洋文: 誘導結合型熱プラズマによるナノ粒子の生成と成膜プロセスへの応用, 化学工学会第64年会研究発表講演要旨集, M109 (1999.3 名古屋工業大学).