JP2011171056A - Solution plasma discharge device - Google Patents

Solution plasma discharge device Download PDF

Info

Publication number
JP2011171056A
JP2011171056A JP2010032496A JP2010032496A JP2011171056A JP 2011171056 A JP2011171056 A JP 2011171056A JP 2010032496 A JP2010032496 A JP 2010032496A JP 2010032496 A JP2010032496 A JP 2010032496A JP 2011171056 A JP2011171056 A JP 2011171056A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
discharge
plasma
electrode
solution
electrodes
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2010032496A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tatsuro Nakajima
達朗 中島
Naoki Matsuda
直樹 松田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST filed Critical National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority to JP2010032496A priority Critical patent/JP2011171056A/en
Publication of JP2011171056A publication Critical patent/JP2011171056A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Plasma Technology (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solution plasma discharge device that allows a plasma generation region between discharge electrodes to be expanded easily. <P>SOLUTION: The solution plasma discharge device is equipped with a discharge electrode 1a including a linear electrode, and a discharge electrode 1b including a needle electrode. The discharge electrode 1b is inclined toward a longitudinal direction of the discharge electrode 1a. Plasma 13 can be generated by only applying a voltage without increasing the applied voltage between the discharge electrodes 1a, 1b, even if distance between the discharge electrodes 1a, 1b is increased, thereby allowing the plasma generation region 14 to be expanded. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、放電電極間のプラズマ発生領域を、簡単に拡げることのできるソリューションプラズマ放電装置に関する。   The present invention relates to a solution plasma discharge apparatus that can easily expand a plasma generation region between discharge electrodes.

プラズマを利用した技術の中に、液体中でプラズマを発生させて、これを工業的に応用する技術が開発されつつある。このような液体中のプラズマは、主に溶液中で利用されるので「ソリューションプラズマ」と呼ばれる。   Among technologies using plasma, a technology for generating plasma in a liquid and applying it industrially is being developed. Such plasma in liquid is called “solution plasma” because it is mainly used in solution.

ソリューションプラズマは、溶液中に対向配置された2つの放電電極間に電圧(高電場)を印加することにより、放電電極間に発生するプラズマである。発生したプラズマの周囲には気泡が発生し、その気泡がプラズマを取り囲んでおり、その気泡の周囲を溶液が取り囲んでいる。つまり、ソリューションプラズマには、プラズマ/気相,気相/液相という2つの界面が存在するという特徴がある。このように、ソリューションプラズマは、プラズマによる「高エネルギー状態」を溶液内に閉じ込めるという状態を実現している。これにより、プラズマの周囲の気相、液相またはその界面で様々な化学反応が促進される。この化学反応による産業への応用として、水処理、滅菌、廃棄物処理、新物質創製、物質の新規合成法の開発、表面改質、超高速加工、希少金属回収、超機能溶液、及び養殖等を含む生物培養等が挙げられる。   Solution plasma is plasma generated between discharge electrodes by applying a voltage (high electric field) between two discharge electrodes arranged opposite to each other in a solution. Bubbles are generated around the generated plasma, the bubbles surround the plasma, and the solution surrounds the bubbles. In other words, the solution plasma is characterized by two interfaces: plasma / gas phase and gas phase / liquid phase. As described above, the solution plasma realizes a state in which the “high energy state” due to the plasma is confined in the solution. As a result, various chemical reactions are promoted in the gas phase, the liquid phase or the interface around the plasma. Industrial applications using this chemical reaction include water treatment, sterilization, waste treatment, creation of new materials, development of new synthetic methods for materials, surface modification, ultra-high speed processing, rare metal recovery, super-functional solutions, and aquaculture, etc. And biological cultures containing

非特許文献1には、ソリューションプラズマを用いた金ナノ微粒子の合成反応が記載されている。図7は、非特許文献1に記載されたソリューションプラズマ放電装置(ソリューションプラズマ発生装置)121を示す断面図である。ソリューションプラズマ放電装置121は、対向する2つのワイヤ状金属電極101・101を備えており、各ワイヤ状金属電極101・101がホルダ110・110によって容器111に固定されている。また、容器111内の溶液112として、塩化金酸水溶液が用いられている。ソリューションプラズマ放電装置121では、ワイヤ状金属電極101・101間にパルス電圧を印加すると、ワイヤ状金属電極101・101間にプラズマ113が発生する。これにより、溶液112(塩化金酸水溶液)中の金を還元し、直径10〜15nmの金ナノ微粒子が合成される。   Non-Patent Document 1 describes a synthesis reaction of gold nanoparticles using solution plasma. FIG. 7 is a cross-sectional view showing a solution plasma discharge device (solution plasma generator) 121 described in Non-Patent Document 1. The solution plasma discharge apparatus 121 includes two wire-shaped metal electrodes 101 and 101 that face each other, and the wire-shaped metal electrodes 101 and 101 are fixed to the container 111 by holders 110 and 110, respectively. A chloroauric acid aqueous solution is used as the solution 112 in the container 111. In the solution plasma discharge apparatus 121, when a pulse voltage is applied between the wire-like metal electrodes 101 and 101, a plasma 113 is generated between the wire-like metal electrodes 101 and 101. As a result, gold in the solution 112 (chloroauric acid aqueous solution) is reduced, and gold nanoparticles having a diameter of 10 to 15 nm are synthesized.

しかし、ソリューションプラズマ放電装置121は、ワイヤ状金属電極101・101間の距離を大きくすると、プラズマ発生に必要とされる印加電圧(プラズマ放電開始電圧)が、その距離に応じて大きくなる。印加電圧が大きくなると、ワイヤ状金属電極101・101間に流れる電流も大きくなると共に、周囲の電界および磁界も大きくなる。その結果、溶液112中の温度上昇、電磁波ノイズの増大、およびプラズマ発光の増大につながるという問題がある。   However, in the solution plasma discharge apparatus 121, when the distance between the wire-like metal electrodes 101 and 101 is increased, the applied voltage (plasma discharge start voltage) required for plasma generation increases according to the distance. As the applied voltage increases, the current flowing between the wire-like metal electrodes 101 and 101 also increases, and the surrounding electric and magnetic fields also increase. As a result, there is a problem that the temperature in the solution 112 increases, electromagnetic noise increases, and plasma emission increases.

そこで、この問題を解決するために、本願発明者等は、ソリューションプラズマ放電装置を、特許文献1に開示している。図8は、特許文献1に記載されたソリューションプラズマ放電装置221を示す断面図である。ソリューションプラズマ放電装置222は、2つの放電電極201a・201bが、シリコンゴム製の基板202に貫通するように固定された構成である。放電電極201aは基板202に対して垂直に固定され凹部203に挿入されている。一方、放電電極201bは基板202に対して水平に固定され凹部203に挿入されている。放電電極201bは水平方向に位置を動かすことができ、放電電極201aとの距離を調整できるようになっている。   Therefore, in order to solve this problem, the inventors of the present application have disclosed a solution plasma discharge device in Patent Document 1. FIG. 8 is a cross-sectional view showing a solution plasma discharge device 221 described in Patent Document 1. As shown in FIG. The solution plasma discharge device 222 has a configuration in which two discharge electrodes 201 a and 201 b are fixed so as to penetrate through a silicon rubber substrate 202. The discharge electrode 201 a is fixed perpendicular to the substrate 202 and inserted into the recess 203. On the other hand, the discharge electrode 201 b is fixed horizontally with respect to the substrate 202 and inserted into the recess 203. The position of the discharge electrode 201b can be moved in the horizontal direction, and the distance from the discharge electrode 201a can be adjusted.

ソリューションプラズマ放電装置222では、放電電極201bを放電電極201aに近づけた状態で、これらの放電電極201a・201b間に電圧を印加すると、領域Cでプラズマが発生する。プラズマにより発生した気泡は領域Cを含む凹部203を満たしてゆく。その後、放電電極201bを放電電極201aから遠ざけると、領域Cはすでに気泡で満たされているため、プラズマ状態を維持したまま放電電極201a・201b間の距離を長くすることができる。   In the solution plasma discharge apparatus 222, plasma is generated in the region C when a voltage is applied between the discharge electrodes 201a and 201b in a state where the discharge electrode 201b is close to the discharge electrode 201a. Bubbles generated by the plasma fill the recess 203 including the region C. Thereafter, when the discharge electrode 201b is moved away from the discharge electrode 201a, since the region C is already filled with bubbles, the distance between the discharge electrodes 201a and 201b can be increased while maintaining the plasma state.

従って、ソリューションプラズマ放電装置222は、印加電圧を上げることなく、プラズマ状態を維持したまま放電電極201a・201b間の距離を長くすることができる。そしてこれは、放電電極201a・201b間の距離あたりの電圧を下げることになり、流れる電流を減少させる。そのため、プラズマによる発熱、電磁波ノイズ、及びプラズマ発光の輝度を減少させることができる。   Therefore, the solution plasma discharge apparatus 222 can increase the distance between the discharge electrodes 201a and 201b while maintaining the plasma state without increasing the applied voltage. This lowers the voltage per distance between the discharge electrodes 201a and 201b, and reduces the flowing current. Therefore, the heat generated by plasma, electromagnetic wave noise, and the brightness of plasma emission can be reduced.

特開2010−9993号公報(2010年1月14日公開)JP 2010-9993 A (published January 14, 2010)

高井治、「ソルーションプラズマによるナノ微粒子合成と界面制御」、粉砕、ホソカワ粉体技術研究所、2007年12月28日、No.51、p.30−36Osamu Takai, “Nanoparticle Synthesis and Interface Control by Solution Plasma”, Grinding, Hosokawa Institute of Powder Technology, December 28, 2007, No. 51, p. 30-36

しかしながら、特許文献1のソリューションプラズマ放電装置は、放電電極間の距離を拡げるための処理が煩雑であるという問題がある。   However, the solution plasma discharge device of Patent Document 1 has a problem that the processing for expanding the distance between the discharge electrodes is complicated.

具体的には、ソリューションプラズマ放電装置222では、放電電極201a・201b間の距離を長くし、プラズマ発生領域を拡げるためには、多段階の処理が必要になる。すなわち、まず、放電電極201bを、放電電極201aの先端部に近づけた状態で、凹部203内の領域Cで、プラズマを発生させる。次に、プラズマにより発生した気泡を、領域Cを含む凹部203内に満たす。続いて、放電電極201bを放電電極201aから徐々に遠ざける。これにより、印加電圧を上げることなく、放電電極201a・201b間の距離を長くすることが可能となる。   Specifically, in the solution plasma discharge apparatus 222, in order to increase the distance between the discharge electrodes 201a and 201b and expand the plasma generation region, a multi-stage process is required. That is, first, plasma is generated in the region C in the recess 203 with the discharge electrode 201b close to the tip of the discharge electrode 201a. Next, the bubbles generated by the plasma are filled in the recess 203 including the region C. Subsequently, the discharge electrode 201b is gradually moved away from the discharge electrode 201a. This makes it possible to increase the distance between the discharge electrodes 201a and 201b without increasing the applied voltage.

このように、ソリューションプラズマ放電装置222では、放電電極201a・201b間の距離を拡げるために、煩雑な処理が必要になる。しかも、ソリューションプラズマ放電装置222では、凹部203を有する基板202も必要不可欠となる。   As described above, in the solution plasma discharge apparatus 222, complicated processing is required to increase the distance between the discharge electrodes 201a and 201b. In addition, in the solution plasma discharge apparatus 222, the substrate 202 having the recess 203 is also indispensable.

そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、放電電極間のプラズマ発生領域を、簡単に拡げることのできるソリューションプラズマ放電装置を提供することにある。   Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a solution plasma discharge apparatus that can easily expand a plasma generation region between discharge electrodes.

本発明に係るソリューションプラズマ放電装置は、上記の課題を解決するために、液体中に配置された1対の放電電極を備え、放電電極間に電圧を印加し放電させることにより、放電電極間にプラズマを発生させるソリューションプラズマ放電装置において、上記1対の放電電極の一方が線電極であり、他方が針電極であり、上記針電極は、上記線電極の長手方向に対して傾斜して配置されていることを特徴としている。   In order to solve the above problems, a solution plasma discharge apparatus according to the present invention includes a pair of discharge electrodes arranged in a liquid, and applies a voltage between the discharge electrodes to cause discharge, thereby causing a discharge between the discharge electrodes. In the solution plasma discharge apparatus for generating plasma, one of the pair of discharge electrodes is a line electrode, the other is a needle electrode, and the needle electrode is disposed to be inclined with respect to the longitudinal direction of the line electrode. It is characterized by having.

上記の構成によれば、線電極と、線電極に対して傾斜して配置された針電極とからなる、1対の放電電極を備えている。これにより、放電電極間の距離を長くしても、放電電極間の印加電圧を上げずに、プラズマを発生させることができる。つまり、特許文献1のような煩雑な処理を行うことなく、電圧を印加するだけで、距離の長い放電電極間に、プラズマを発生させることができる。従って、放電電極間のプラズマ発生領域を、簡単に拡げることができる。   According to said structure, a pair of discharge electrode which consists of a line electrode and the needle electrode arrange | positioned with respect to a line electrode is provided. Thereby, even if the distance between the discharge electrodes is increased, plasma can be generated without increasing the applied voltage between the discharge electrodes. That is, plasma can be generated between discharge electrodes having a long distance by simply applying a voltage without performing a complicated process as in Patent Document 1. Therefore, the plasma generation region between the discharge electrodes can be easily expanded.

本発明に係るソリューションプラズマ放電装置において、上記プラズマ発生中、上記針電極の先端から針電極の延長線と線電極との交点までの距離が一定であることが好ましい。   In the solution plasma discharge apparatus according to the present invention, it is preferable that the distance from the tip of the needle electrode to the intersection of the extension line of the needle electrode and the line electrode is constant during the generation of the plasma.

上記の構成によれば、プラズマ発生中に、放電電極間の距離を変動させる必要がない。従って、放電電極間のプラズマ発生領域を、より簡便に拡げることができる。   According to said structure, it is not necessary to change the distance between discharge electrodes during plasma generation. Therefore, the plasma generation region between the discharge electrodes can be expanded more easily.

本発明に係るソリューションプラズマ放電装置において、上記針電極の延長線上に、上記線電極の中間部が配置されていることが好ましい。   In the solution plasma discharge apparatus according to the present invention, it is preferable that an intermediate portion of the line electrode is disposed on an extension line of the needle electrode.

上記の構成によれば、針電極が、線電極の中間部に対向して配置される。これにより、針電極の延長線が線電極の対称軸となる。このため、その延長線の両側に、対称に線電極が配置される。従って、プラズマ発生領域を、より拡げることができる。   According to said structure, a needle electrode is arrange | positioned facing the intermediate part of a line electrode. Thereby, the extension line of the needle electrode becomes the axis of symmetry of the line electrode. For this reason, line electrodes are symmetrically arranged on both sides of the extension line. Therefore, the plasma generation region can be further expanded.

本発明に係るソリューションプラズマ放電装置において、上記針電極は、上記線電極の長手方向に対して、垂直に配置されていることが好ましい。   In the solution plasma discharge apparatus according to the present invention, it is preferable that the needle electrode is disposed perpendicular to the longitudinal direction of the line electrode.

上記の構成によれば、針電極の延長線と、線電極の長手方向とのなす角が90°となる。これにより、針電極の延長線に対して垂直方向が、線電極の長手方向となる。つまり、針電極から線電極の長手方向の距離が一定になる。従って、放電電極間に均等に広がったプラズマ発生領域を形成することができる。   According to the above configuration, the angle formed by the extension line of the needle electrode and the longitudinal direction of the line electrode is 90 °. Thereby, the direction perpendicular to the extension line of the needle electrode becomes the longitudinal direction of the line electrode. That is, the distance in the longitudinal direction from the needle electrode to the line electrode is constant. Accordingly, it is possible to form a plasma generation region that spreads uniformly between the discharge electrodes.

本発明に係るソリューションプラズマ放電装置において、上記線電極は、長手方向に伸縮自在になっていてもよい。   In the solution plasma discharge apparatus according to the present invention, the line electrode may be stretchable in the longitudinal direction.

上記の構成によれば、線電極の長さが変動するため、線電極が液体中に露出する部分の長さ(露出長)も変動する。これにより、放電電極間の最短距離を一定に保ちつつ、線電極の露出長を変動させることができる。従って、発生したプラズマの状態に適した露出長となるように、線電極の長さの微調整が可能となる。   According to the above configuration, since the length of the line electrode varies, the length of the portion where the line electrode is exposed in the liquid (exposure length) also varies. As a result, the exposed length of the line electrode can be varied while keeping the shortest distance between the discharge electrodes constant. Therefore, the length of the line electrode can be finely adjusted so that the exposure length suitable for the state of the generated plasma is obtained.

本発明に係るソリューションプラズマ放電装置は、以上のように、上記1対の放電電極の一方が線電極であり、他方が針電極であり、上記針電極は、上記線電極の長手方向に対して傾斜して配置された構成である。このため、煩雑な処理を行わずに、放電電極間のプラズマ発生領域を、簡単に拡げることができるという効果を奏する。   In the solution plasma discharge apparatus according to the present invention, as described above, one of the pair of discharge electrodes is a line electrode, the other is a needle electrode, and the needle electrode is in the longitudinal direction of the line electrode. It is the structure arrange | positioned in inclination. For this reason, there is an effect that the plasma generation region between the discharge electrodes can be easily expanded without performing complicated processing.

本発明に係るソリューションプラズマ放電装置におけるプラズマ発生領域付近の斜視図である。It is a perspective view of the vicinity of the plasma generation region in the solution plasma discharge apparatus according to the present invention. 本発明に係るソリューションプラズマ放電装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the solution plasma discharge apparatus which concerns on this invention. 本発明に係るソリューションプラズマ放電装置における、放電電極の別の配置状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows another arrangement | positioning state of the discharge electrode in the solution plasma discharge apparatus which concerns on this invention. 本発明に係るソリューションプラズマ放電装置において、プラズマ発生領域を示す図である。It is a figure which shows a plasma generation | occurrence | production area | region in the solution plasma discharge apparatus which concerns on this invention. (a)はI型に配置された1対の放電電極を示す平面図であり、(b)は(a)の放電電極間に発生したプラズマ発生領域を示す図である。(A) is a top view which shows a pair of discharge electrode arrange | positioned at I type, (b) is a figure which shows the plasma generation area | region which generate | occur | produced between the discharge electrodes of (a). (a)はV型に配置された1対の放電電極を示す平面図であり、(b)は(a)の放電電極間に発生したプラズマ発生領域を示す図である。(A) is a top view which shows a pair of discharge electrode arrange | positioned at V shape, (b) is a figure which shows the plasma generation | occurrence | production area | region which generate | occur | produced between the discharge electrodes of (a). 非特許文献1に記載されたソリューションプラズマ放電装置の断面図である。It is sectional drawing of the solution plasma discharge device described in the nonpatent literature 1. 特許文献1に記載されたソリューションプラズマ放電装置の断面図である。It is sectional drawing of the solution plasma discharge apparatus described in patent document 1. FIG.

本発明の一実施形態について図に基づいて説明すると以下の通りである。   An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

本発明のソリューションプラズマ放電装置は、線電極と針電極とからなる1対の放電電極によって、プラズマ発生領域を拡げる。   The solution plasma discharge device of the present invention expands the plasma generation region by a pair of discharge electrodes composed of a line electrode and a needle electrode.

図2は、本発明の一実施形態に係るソリューションプラズマ放電装置21を示す断面図である。ソリューションプラズマ放電装置21は、容器11内の溶液(液体)12中に、
1対の放電電極1a・1bを備えている。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a solution plasma discharge apparatus 21 according to an embodiment of the present invention. The solution plasma discharge device 21 is placed in the solution (liquid) 12 in the container 11.
A pair of discharge electrodes 1a and 1b is provided.

放電電極1aは、水平(溶液12の液面に対して平行)に設けられた線電極である。   The discharge electrode 1a is a line electrode provided horizontally (parallel to the liquid surface of the solution 12).

一方、放電電極1bは、放電電極1aに近接して設けられており、放電電極1aの長手方向に対して傾斜して配置されている。さらに、放電電極1bの延長線上には、放電電極1aが配置される。ただし、この延長線上には、放電電極1aの先端部は、配置されない。本実施形態では、放電電極1bは、放電電極1aに対して垂直に配置されており、放電電極1bの延長線上には、放電電極1aの中間部(中央部)が配置されている。さらに、プラズマ発生中、放電電極1bの先端から、放電電極1bの延長線と放電電極1aとの交点までの距離は、一定である。   On the other hand, the discharge electrode 1b is provided close to the discharge electrode 1a, and is inclined with respect to the longitudinal direction of the discharge electrode 1a. Further, the discharge electrode 1a is disposed on the extended line of the discharge electrode 1b. However, the tip of the discharge electrode 1a is not disposed on the extension line. In the present embodiment, the discharge electrode 1b is disposed perpendicular to the discharge electrode 1a, and an intermediate portion (center portion) of the discharge electrode 1a is disposed on an extension line of the discharge electrode 1b. Further, during plasma generation, the distance from the tip of the discharge electrode 1b to the intersection of the extension line of the discharge electrode 1b and the discharge electrode 1a is constant.

放電電極1a・1bは、溶液12中に露出する部分を有するように、セラミックチューブ10・10で覆われている。放電電極1aの溶液12中に露出した長さ(露出長)は、特に限定されるものではないが、本実施形態では、3cmである。一方、放電電極1bの溶液12中に露出した長さ(露出長)も、特に限定されるものではないが、本実施形態では、2mmである。また、放電電極1aの長さが、変動するようになっている。   The discharge electrodes 1a and 1b are covered with ceramic tubes 10 and 10 so as to have exposed portions in the solution 12. The length exposed in the solution 12 of the discharge electrode 1a (exposure length) is not particularly limited, but is 3 cm in the present embodiment. On the other hand, the length exposed in the solution 12 of the discharge electrode 1b (exposure length) is not particularly limited, but is 2 mm in the present embodiment. Further, the length of the discharge electrode 1a varies.

なお、放電電極1a・1bには、図示しない電源から、電圧が供給される。これにより、放電電極1a・1b間には、プラズマが発生する。なお、この電源の条件は、プラズマが発生する条件であれば、特に限定されるものではない。すなわち、電圧値、パルス幅,パルス周波数,パルス波形などは、特に限定されるものではない。   A voltage is supplied to the discharge electrodes 1a and 1b from a power source (not shown). As a result, plasma is generated between the discharge electrodes 1a and 1b. The power supply conditions are not particularly limited as long as plasma is generated. That is, the voltage value, pulse width, pulse frequency, pulse waveform, etc. are not particularly limited.

また、放電電極1a・1bの、電極間距離,大きさ、材質、などは、特に限定されるものではない。本実施形態では、放電電極1aとして、直径1mmの棒状の電極を用い、放電電極1bとして直径1mmの針電極を用いている。また、放電電極1a・1b間の距離を、5mmとし、通常のソリューションプラズマ放電装置よりも長くしている。放電電極1a・1bは、タングステン、銅、またはその他の導電性の材料から構成することができる。   Further, the interelectrode distance, size, material, and the like of the discharge electrodes 1a and 1b are not particularly limited. In the present embodiment, a rod-shaped electrode having a diameter of 1 mm is used as the discharge electrode 1a, and a needle electrode having a diameter of 1 mm is used as the discharge electrode 1b. The distance between the discharge electrodes 1a and 1b is 5 mm, which is longer than that of a normal solution plasma discharge apparatus. The discharge electrodes 1a and 1b can be made of tungsten, copper, or other conductive material.

溶液12は、化学反応の対象となる任意の溶質の他、溶液12の導電性を調整するための電解質を含んでもよい。また、溶液12は、溶媒自身を反応の対象とし、溶質を含まなくてもよい。なお、溶液12を構成する溶質と溶媒との組み合わせ,溶液12の濃度,導電率,pHなどは、目的に応じて設定すればよく、特に限定されるものではない。   The solution 12 may include an electrolyte for adjusting the conductivity of the solution 12 in addition to an arbitrary solute to be subjected to a chemical reaction. Further, the solution 12 does not need to contain a solute with the solvent itself as a target of reaction. The combination of the solute and the solvent constituting the solution 12, the concentration, conductivity, pH, etc. of the solution 12 may be set according to the purpose and are not particularly limited.

次に、図1に基づいて、ソリューションプラズマ放電装置21におけるプラズマの発生について説明する。図1は、ソリューションプラズマ放電装置21のプラズマ発生領域14付近を示す斜視図である。   Next, generation of plasma in the solution plasma discharge apparatus 21 will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a perspective view showing the vicinity of the plasma generation region 14 of the solution plasma discharge device 21.

ソリューションプラズマ放電装置21は、放電電極1a・1b間に電圧(例えば約1100V)が印加されると、放電し放電電極1a・1b間にプラズマが発生する。さらに、この放電の際、放電電極1a・1b間に流れる電流により、溶液12が加熱される。これにより、溶液12中、特にプラズマ13の周囲には、気泡が発生する。電圧印加中に発生した気泡は、プラズマ13を取り囲み、プラズマ状態が気泡内部で安定化して維持される。プラズマ発生領域14は、プラズマ13と、プラズマ13を内包する気相とからなっている。このように、プラズマ13(プラズマ相)の周囲を気相が取り囲み、さらにその気相の周囲を液相が取り囲んでいる。そして、このようなプラズマ状態が気体中及び溶液中の分子の各種の化学反応を促進する。   When a voltage (for example, about 1100 V) is applied between the discharge electrodes 1a and 1b, the solution plasma discharge device 21 is discharged and plasma is generated between the discharge electrodes 1a and 1b. Further, during this discharge, the solution 12 is heated by the current flowing between the discharge electrodes 1a and 1b. Thereby, bubbles are generated in the solution 12, particularly around the plasma 13. Bubbles generated during voltage application surround the plasma 13 and the plasma state is stabilized and maintained inside the bubbles. The plasma generation region 14 includes a plasma 13 and a gas phase containing the plasma 13. Thus, the gas phase surrounds the plasma 13 (plasma phase), and the liquid phase surrounds the gas phase. Such a plasma state promotes various chemical reactions of molecules in the gas and in the solution.

ここで、プラズマ発生領域14が広ければ、このような各種化学反応は効率よく進行する。プラズマ発生領域14は、放電電極1a・1b間の距離を長くすれば、広げることができる。ただし、放電電極1a・1b間の距離を大きくするとプラズマ発生に必要とされる印加電圧が、その距離に応じて大きくなるのが通常である。このため、特許文献1では、低電圧下でプラズマ発生領域を拡げるためだけの部材(基板202)を必須の構成要件とすると共に、多段階の処理も必須の要件となっている。   Here, if the plasma generation region 14 is wide, such various chemical reactions proceed efficiently. The plasma generation region 14 can be expanded by increasing the distance between the discharge electrodes 1a and 1b. However, when the distance between the discharge electrodes 1a and 1b is increased, the applied voltage required for plasma generation is usually increased according to the distance. For this reason, in Patent Document 1, a member (substrate 202) only for expanding a plasma generation region under a low voltage is an indispensable constituent requirement, and multistage processing is also an indispensable requirement.

しかしながら、本実施形態のソリューションプラズマ放電装置21では、放電電極1aが線電極、放電電極1bが針電極であり、放電電極1bが放電電極1aの長手方向に対して傾斜している。これにより、放電電極1a・1b間の距離を長くしても、放電電極1a・1b間の印加電圧を上げずに、プラズマ13を発生させることができる。つまり、特許文献1のような煩雑な処理を行うことなく、電圧を印加するだけで、距離の長い放電電極1a・1b間に、プラズマ13を発生させることができる。従って、放電電極1a・1b間のプラズマ発生領域14を、簡単に拡げることができる。それゆえ、各種化学反応を効率よく進行させることができる。例えば、ナノ粒子の合成効率を高めることができる。   However, in the solution plasma discharge device 21 of this embodiment, the discharge electrode 1a is a line electrode, the discharge electrode 1b is a needle electrode, and the discharge electrode 1b is inclined with respect to the longitudinal direction of the discharge electrode 1a. Thereby, even if the distance between the discharge electrodes 1a and 1b is increased, the plasma 13 can be generated without increasing the applied voltage between the discharge electrodes 1a and 1b. That is, the plasma 13 can be generated between the discharge electrodes 1a and 1b having a long distance only by applying a voltage without performing a complicated process as in Patent Document 1. Therefore, the plasma generation region 14 between the discharge electrodes 1a and 1b can be easily expanded. Therefore, various chemical reactions can proceed efficiently. For example, the synthesis efficiency of nanoparticles can be increased.

なお、特許文献1には、放電電極201a・201bの一方を線電極に、他方を針電極に限定する記載も示唆もない。つまり、ソリューションプラズマ放電装置21において、プラズマ発生領域14を拡げることができるという効果は、特定の放電電極を特定の配置とすることによって初めて得られる、本願発明に特有の効果である。   In Patent Document 1, there is no description or suggestion that one of the discharge electrodes 201a and 201b is a line electrode and the other is a needle electrode. That is, the effect that the plasma generation region 14 can be expanded in the solution plasma discharge device 21 is an effect unique to the present invention, which can be obtained only by arranging a specific discharge electrode in a specific arrangement.

さらに、ソリューションプラズマ放電装置21では、放電電極1a・1b間の距離を拡げるために、特許文献1のような凹部203を有する基板202が不要である。このため、特許文献1のソリューションプラズマ放電装置よりも、部品点数を削減することができる。従って、ソリューションプラズマ放電装置21の構成を簡素化することができる。   Further, the solution plasma discharge apparatus 21 does not require the substrate 202 having the recess 203 as in Patent Document 1 in order to increase the distance between the discharge electrodes 1a and 1b. For this reason, the number of parts can be reduced as compared with the solution plasma discharge device of Patent Document 1. Therefore, the configuration of the solution plasma discharge device 21 can be simplified.

また、ソリューションプラズマ放電装置21では、プラズマ発生中(放電電極1a・1bに電圧を印加中)、放電電極1bの先端から放電電極1bの延長線と放電電極1aとの交点までの距離が一定であることが好ましい。つまり、この場合、プラズマ発生中に、放電電極1a・1b間の距離を変動させる必要がない。従って、放電電極1a・1b間のプラズマ発生領域14を、より簡便に拡げることができる。   In the solution plasma discharge device 21, the distance from the tip of the discharge electrode 1b to the intersection of the extension line of the discharge electrode 1b and the discharge electrode 1a is constant during plasma generation (voltage is applied to the discharge electrodes 1a and 1b). Preferably there is. That is, in this case, it is not necessary to change the distance between the discharge electrodes 1a and 1b during plasma generation. Therefore, the plasma generation region 14 between the discharge electrodes 1a and 1b can be more easily expanded.

また、ソリューションプラズマ放電装置21では、放電電極1aが長手方向に伸縮自在であり、放電電極1aの長さが変動するようになっている。ただし、放電電極1aの長さは、放電電極1bの延長線上に、放電電極1aの先端部が配置されたときの長さ以下にはならない。言い換えれば、放電電極1bが放電電極1aの長手方向に対して傾斜して配置される範囲内で、放電電極1aの長さが変動する。この場合、放電電極1aが溶液12中に露出する部分の長さ(露出長)も変動する。これにより、放電電極1a・1b間の最短距離を一定に保ちつつ、放電電極1aの露出長を変動させることができる。従って、発生したプラズマ13の状態に適した露出長となるように、放電電極1aの長さの微調整が可能となる。なお、もちろん放電電極1aの長さは、変動(伸縮)しなくてもよい。   Further, in the solution plasma discharge device 21, the discharge electrode 1a is extendable in the longitudinal direction, and the length of the discharge electrode 1a varies. However, the length of the discharge electrode 1a is not less than the length when the tip of the discharge electrode 1a is disposed on the extended line of the discharge electrode 1b. In other words, the length of the discharge electrode 1a varies within a range in which the discharge electrode 1b is disposed to be inclined with respect to the longitudinal direction of the discharge electrode 1a. In this case, the length of the portion where the discharge electrode 1a is exposed in the solution 12 (exposure length) also varies. Thereby, the exposure length of the discharge electrode 1a can be varied while keeping the shortest distance between the discharge electrodes 1a and 1b constant. Therefore, the length of the discharge electrode 1a can be finely adjusted so that the exposure length suitable for the state of the generated plasma 13 is obtained. Of course, the length of the discharge electrode 1a may not be changed (expanded).

また、ソリューションプラズマ放電装置21において、放電電極1aに対する放電電極1bの位置は、放電電極1bが放電電極1aの長手方向に対して傾斜していれば特に限定されるものではない。ただし、放電電極1bの延長線上に、放電電極1aの中間部が配置されていることが好ましい。つまり、ソリューションプラズマ放電装置21のように、放電電極1bが、放電電極1aの中間部に対向して配置されていることが好ましい。これにより、放電電極1bの延長線が放電電極1aの対称軸となる。すなわち、その延長線の両側に、対称に放電電極1aが配置される。つまり、放電電極1bの延長線と放電電極1aとの交点が、放電電極1aのほぼ中点になる。これにより、放電電極1aの長手方向に拡がったプラズマ発生領域14が形成される。従って、プラズマ発生領域を、より拡げることができる。   Further, in the solution plasma discharge device 21, the position of the discharge electrode 1b with respect to the discharge electrode 1a is not particularly limited as long as the discharge electrode 1b is inclined with respect to the longitudinal direction of the discharge electrode 1a. However, it is preferable that the intermediate part of the discharge electrode 1a is disposed on the extended line of the discharge electrode 1b. That is, like the solution plasma discharge device 21, it is preferable that the discharge electrode 1b is disposed so as to face the intermediate portion of the discharge electrode 1a. Thereby, the extension line of the discharge electrode 1b becomes an axis of symmetry of the discharge electrode 1a. That is, the discharge electrodes 1a are arranged symmetrically on both sides of the extension line. That is, the intersection of the extension line of the discharge electrode 1b and the discharge electrode 1a is substantially the middle point of the discharge electrode 1a. Thereby, the plasma generation region 14 extending in the longitudinal direction of the discharge electrode 1a is formed. Therefore, the plasma generation region can be further expanded.

また、ソリューションプラズマ放電装置21では、放電電極1bは、放電電極1aの長手方向に対して、垂直に配置されている。すなわち、放電電極1bの延長線と、放電電極1aの長手方向とのなす角が90°となっている。これにより、放電電極1bの延長線に対して垂直方向が、放電電極1aの長手方向となる。つまり、放電電極1bから放電電極1aの長手方向の距離が一定になる。従って、放電電極1a・1b間に均等に広がったプラズマ発生領域14を形成することができる。   Moreover, in the solution plasma discharge apparatus 21, the discharge electrode 1b is arrange | positioned perpendicularly | vertically with respect to the longitudinal direction of the discharge electrode 1a. That is, the angle formed by the extension line of the discharge electrode 1b and the longitudinal direction of the discharge electrode 1a is 90 °. Thereby, the direction perpendicular to the extended line of the discharge electrode 1b becomes the longitudinal direction of the discharge electrode 1a. That is, the distance in the longitudinal direction from the discharge electrode 1b to the discharge electrode 1a is constant. Accordingly, it is possible to form the plasma generation region 14 that spreads evenly between the discharge electrodes 1a and 1b.

なお、放電電極1aの長手方向に対する放電電極1bの角度は、特に限定されるものではない。つまり、この角度は、放電電極1bが放電電極1aの長手方向に対して傾斜していれば、垂直でも鈍角でも鋭角でもよい。図3は、放電電極1a・1bの別の配置状態を示す斜視図である。図3では、放電電極1bが、放電電極1aの長手方向に対して鋭角に配置されている。このような配置状態であっても、同様に、プラズマ発生領域(図示せず)を、拡げることができる。   In addition, the angle of the discharge electrode 1b with respect to the longitudinal direction of the discharge electrode 1a is not specifically limited. That is, this angle may be vertical, obtuse, or acute as long as the discharge electrode 1b is inclined with respect to the longitudinal direction of the discharge electrode 1a. FIG. 3 is a perspective view showing another arrangement state of the discharge electrodes 1a and 1b. In FIG. 3, the discharge electrode 1b is disposed at an acute angle with respect to the longitudinal direction of the discharge electrode 1a. Even in such an arrangement state, the plasma generation region (not shown) can be similarly expanded.

図2のようなT字状に配置した放電電極1a(線電極)と放電電極1b(針電極)を用い、放電電極間1a・1b間距離(放電電極1bの先端から放電電極1bの延長線と放電電極1aとの交点までの距離)を5mmとし、放電電極1a・1b間に、2000Vの電圧を5秒程度印加し、形成されるプラズマ発生領域を観測した。図4は、観測されたプラズマ発生領域を示す図である。   Using the discharge electrode 1a (line electrode) and the discharge electrode 1b (needle electrode) arranged in a T shape as shown in FIG. 2, the distance between the discharge electrodes 1a and 1b (the extension line of the discharge electrode 1b from the tip of the discharge electrode 1b) The distance between the electrode and the discharge electrode 1a) was 5 mm, a voltage of 2000 V was applied between the discharge electrodes 1a and 1b for about 5 seconds, and the plasma generation region formed was observed. FIG. 4 is a diagram showing the observed plasma generation region.

一方、比較のため、放電電極の配置状態のみが異なる、2種類のソリューションプラズマ放電装置についても、同様にしてプラズマ発生領域を観測した。すなわち、1つは、図5(a)のように、放電電極1c・1cとして、互いに対向するI字状に配置される針電極を用いた。もう1つは、図6(a)のように、放電電極1d・1dとして、互いの放電電極1d・1dの延長線を結ぶとV字状に配置されると針電極を用いた。なお、図5(a)および図6(a)において、両矢印で示す放電電極間距離が、5mmである。   On the other hand, for comparison, the plasma generation region was similarly observed for two types of solution plasma discharge devices that differ only in the arrangement state of the discharge electrodes. In other words, as shown in FIG. 5A, one of the discharge electrodes 1c and 1c used was a needle electrode arranged in an I-shape opposed to each other. The other was a needle electrode as shown in FIG. 6A, in which the discharge electrodes 1d and 1d are arranged in a V shape when the extension lines of the discharge electrodes 1d and 1d are connected. In FIGS. 5 (a) and 6 (a), the distance between the discharge electrodes indicated by the double arrow is 5 mm.

なお、図5(b)は図5(a)の放電電極間に発生したプラズマ発生領域を示す図である。図6(b)は図6(a)の放電電極間に発生したプラズマ発生領域を示す図である。   FIG. 5B is a view showing a plasma generation region generated between the discharge electrodes in FIG. FIG. 6B shows a plasma generation region generated between the discharge electrodes in FIG.

このような放電電極の配置状態とプラズマ発生領域との関係を調べた結果、図4のように、放電電極1a・1bをT字状に配置した場合に、均等に球状に拡がったプラズマ発生領域(図中白抜きの部分)が形成され、最もプラズマ発生領域を拡がることが確認された。   As a result of examining the relationship between the arrangement state of the discharge electrode and the plasma generation region, as shown in FIG. 4, when the discharge electrodes 1a and 1b are arranged in a T-shape, the plasma generation region is spread evenly in a spherical shape. (The white part in the figure) was formed, and it was confirmed that the plasma generation region was expanded most.

一方、図5(b)および図6(b)のように、放電電極をI字状またはV字状に配置した場合、各放電電極の先端を結ぶ領域に、直線状のプラズマ発生領域が形成されたものの、図4のプラズマ発生領域のように、均等な拡がりは確認されなかった。   On the other hand, when the discharge electrodes are arranged in an I shape or a V shape as shown in FIGS. 5B and 6B, a linear plasma generation region is formed in a region connecting the tips of the discharge electrodes. However, no uniform spread was confirmed as in the plasma generation region of FIG.

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A various change is possible in the range shown to the claim. That is, embodiments obtained by combining technical means appropriately modified within the scope of the claims are also included in the technical scope of the present invention.

本発明はソリューションプラズマを応用した物質合成、液体処理、及び加工等に利用することができる。また、ソリューションプラズマ状態の診断(観測)を容易にし、ソリューションプラズマ状態の制御に適用することができる。   The present invention can be used for material synthesis, liquid processing, processing and the like using solution plasma. In addition, diagnosis (observation) of the solution plasma state can be facilitated and applied to control of the solution plasma state.

1a 放電電極(線電極)
1b 放電電極(針電極)
12 溶液(液体)
13 プラズマ
14 プラズマ発生領域
21 ソリューションプラズマ放電装置
1a Discharge electrode (line electrode)
1b Discharge electrode (needle electrode)
12 Solution (liquid)
13 Plasma 14 Plasma generation region 21 Solution plasma discharge device

Claims (5)

液体中に配置された1対の放電電極を備え、放電電極間に電圧を印加し放電させることにより、放電電極間にプラズマを発生させるソリューションプラズマ放電装置において、
上記1対の放電電極の一方が線電極であり、他方が針電極であり、
上記針電極は、上記線電極の長手方向に対して傾斜して配置されていることを特徴とするソリューションプラズマ放電装置。
In a solution plasma discharge apparatus comprising a pair of discharge electrodes arranged in a liquid and generating a plasma between the discharge electrodes by applying a voltage between the discharge electrodes to cause discharge.
One of the pair of discharge electrodes is a line electrode, the other is a needle electrode,
The solution plasma discharge apparatus according to claim 1, wherein the needle electrode is disposed to be inclined with respect to the longitudinal direction of the line electrode.
上記プラズマ発生中、上記針電極の先端から針電極の延長線と線電極との交点までの距離が一定であることを特徴とする請求項1に記載のソリューションプラズマ放電装置。   2. The solution plasma discharge device according to claim 1, wherein a distance from the tip of the needle electrode to the intersection of the extension line of the needle electrode and the line electrode is constant during the generation of the plasma. 上記針電極の延長線上に、上記線電極の中間部が配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載のソリューションプラズマ放電装置。   The solution plasma discharge device according to claim 1, wherein an intermediate portion of the line electrode is disposed on an extension line of the needle electrode. 上記針電極は、上記線電極の長手方向に対して、垂直に配置されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のソリューションプラズマ放電装置。   The solution plasma discharge device according to any one of claims 1 to 3, wherein the needle electrode is disposed perpendicular to a longitudinal direction of the line electrode. 上記線電極は、長手方向に伸縮自在になっていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のソリューションプラズマ放電装置。   The solution plasma discharge device according to claim 1, wherein the line electrode is extendable in the longitudinal direction.
JP2010032496A 2010-02-17 2010-02-17 Solution plasma discharge device Pending JP2011171056A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010032496A JP2011171056A (en) 2010-02-17 2010-02-17 Solution plasma discharge device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010032496A JP2011171056A (en) 2010-02-17 2010-02-17 Solution plasma discharge device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2011171056A true JP2011171056A (en) 2011-09-01

Family

ID=44684980

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010032496A Pending JP2011171056A (en) 2010-02-17 2010-02-17 Solution plasma discharge device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2011171056A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014040352A (en) * 2012-08-23 2014-03-06 Chube Univ Method for manufacturing graphene
CN104540313A (en) * 2014-12-26 2015-04-22 中国科学院西安光学精密机械研究所 Atmospheric plasma jet generation device with hollow substrate and electrodes

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014040352A (en) * 2012-08-23 2014-03-06 Chube Univ Method for manufacturing graphene
CN104540313A (en) * 2014-12-26 2015-04-22 中国科学院西安光学精密机械研究所 Atmospheric plasma jet generation device with hollow substrate and electrodes

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6037268B2 (en) Method for producing metal particle-supported mesoporous silica
Motrescu et al. Nanocapillary atmospheric pressure plasma jet: a tool for ultrafine maskless surface modification at atmospheric pressure
Sato et al. Pulsed discharge development in oxygen, argon, and helium bubbles in water
Zhang et al. Dynamic behavior of a rotating gliding arc plasma in nitrogen: effects of gas flow rate and operating current
US10562796B2 (en) Liquid treatment apparatus including first electrode, second electrode, and third electrode, and liquid treatment method using liquid treatment apparatus
JP6090773B2 (en) Method for producing alloy nanoparticles
Ning et al. Propagation of positive discharges in an air bubble having an embedded water droplet
Kaneko et al. Control of nanoparticle synthesis using physical and chemical dynamics of gas–liquid interfacial non-equilibrium plasmas
Kruszelnicki et al. Propagation of atmospheric pressure plasmas through interconnected pores in dielectric materials
JP2011171056A (en) Solution plasma discharge device
JP5083825B2 (en) Plasma discharge device in liquid
KR20220130683A (en) plasma generator
Babaeva et al. Reactive fluxes delivered by plasma jets to conductive dielectric surfaces during multiple reflections of ionization waves
TW201040326A (en) Etching system and method for forming multiple porous semiconductor regions with different optical and structural properties on a single semiconductor wafer
Corbella et al. Flexible cold atmospheric plasma jet sources
Hodgson et al. Note: Electrochemical etching of silver tips in concentrated sulfuric acid
KR102066342B1 (en) Plasma generator
JP5390315B2 (en) Metal carrier manufacturing apparatus and metal carrier manufacturing method
KR20140097659A (en) manufacturing method of silver nano fluid using liquid phase plasma reaction
KR102522689B1 (en) Underwater Plasma Generating Apparatus
JPH11209105A (en) Ozonizer
Pinchuk et al. Dynamics of bubble generated by low energy pulsed electric discharge in water
JP2011105577A (en) Method and apparatus for generating ozone by coaxial cylinder type catalytic electrode
RU2426628C2 (en) Method of electrochemical processing to sizes (versions)
JP2011171054A (en) Plasma diagnostic device and solution plasma discharge device