JPH06108257A - Atmospheric pressure blow-off plasma reaction device - Google Patents
Atmospheric pressure blow-off plasma reaction deviceInfo
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- JPH06108257A JPH06108257A JP27285391A JP27285391A JPH06108257A JP H06108257 A JPH06108257 A JP H06108257A JP 27285391 A JP27285391 A JP 27285391A JP 27285391 A JP27285391 A JP 27285391A JP H06108257 A JPH06108257 A JP H06108257A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、大気圧吹き出し型プ
ラズマ反応装置に関するものである。さらに詳しくは、
この発明は、ガス吹き出しによって各種の物質もしくは
素材を気相、固相、もしくは液相のいずれにおいても大
気圧下で処理あるいは合成、分解等の反応をさせること
のできる大気圧吹き出し型プラズマ反応装置に関するも
のである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an atmospheric pressure blowing type plasma reactor. For more details,
The present invention relates to an atmospheric pressure blowing type plasma reactor capable of treating various substances or materials by gas blowing under atmospheric pressure in any of a gas phase, a solid phase or a liquid phase, or causing reactions such as synthesis and decomposition. It is about.
【0002】[0002]
【従来の技術その課題】従来より、プラスチック、ガラ
ス、セラミックス等の絶縁体への膜付け、または親水・
疎水化等の表面処理は、薬品処理あるいは低圧プラズマ
処理により行われてきている。しかしながら、従来法に
よる表面処理においては、一般的に、危険な薬品を使用
してきており、またその処理も大変面倒であるという欠
点があった。また、低圧プラズマ処理は良好な表面処理
を実現するという利点を有するものの、通常、数Torr以
下の低圧下で行われなければならないという問題があ
る。これは圧力を上昇させていくと100Torr前後から
放電が一点に集中し始め、大気圧付近では火花やアーク
放電に移行し、被処理対象物の均一な処理が不可能とな
るからである。このため、低圧プラズマ処理では、真空
排気システムを必要とし、これによって装置が大がかり
なものとなり、コストが高くなるという欠点がある。2. Description of the Related Art Conventionally, film attachment to an insulator such as plastic, glass, ceramics, etc., or hydrophilic
Surface treatment such as hydrophobic treatment has been performed by chemical treatment or low-pressure plasma treatment. However, in the surface treatment by the conventional method, generally, dangerous chemicals have been used, and there is a drawback that the treatment is very troublesome. Further, although the low-pressure plasma treatment has an advantage of realizing a good surface treatment, it usually has a problem that it must be performed under a low pressure of several Torr or less. This is because as the pressure is increased, the discharge begins to concentrate at about 100 Torr and shifts to sparks or arc discharge in the vicinity of atmospheric pressure, making it impossible to uniformly process the object to be processed. Therefore, the low-pressure plasma processing requires a vacuum exhaust system, which causes a large-scale apparatus and has a drawback of high cost.
【0003】また、従来の低圧プラズマ処理では、高効
率で充分な放電処理を行うことはかなり困難でもあっ
た。一方、この発明の発明者らは、Heを主体とした希
ガスを希釈ガスとして用い、反応性ガスを大希釈し、全
圧を大気圧付近に保持してグロー放電を発生させる大気
圧プラズマ反応方法をすでに提案してもいる。この方法
では、大気圧下に安定なグロー放電を発生させることが
できるため、真空排気システムを省略することができ、
処理装置のコストを極めて低減させることを可能として
いる。Further, in the conventional low-pressure plasma treatment, it has been quite difficult to perform sufficient discharge treatment with high efficiency. On the other hand, the inventors of the present invention have used an inert gas mainly composed of He as a diluent gas to greatly dilute the reactive gas and maintain a total pressure in the vicinity of atmospheric pressure to generate a glow discharge. I have already proposed a method. In this method, since a stable glow discharge can be generated under atmospheric pressure, the vacuum exhaust system can be omitted,
This makes it possible to significantly reduce the cost of the processing device.
【0004】しかしながら、発明者らがすでに提案して
いる大気圧グロープラズマ反応装置においては、針状電
極または、絶縁体被覆の平板電極、もしくは曲面状電極
を併用していることから、反応性ガスおよび希ガスをこ
れら電極とは別の位置の供給部より反応域に導入しなけ
ればならず、装置の簡略化と、制御の容易性の点で改良
の余地が残されていた。また、被処理部の大きさや形状
が制約され、任意の位置での物品等の表面処理が必ずし
も容易でないという問題があった。However, in the atmospheric pressure glow plasma reactor already proposed by the present inventors, since a needle electrode, a flat plate electrode covered with an insulator, or a curved electrode is used in combination, a reactive gas is used. Also, the rare gas must be introduced into the reaction zone from a supply section located at a position different from these electrodes, leaving room for improvement in terms of simplification of the apparatus and ease of control. Further, there is a problem that the size and shape of the portion to be treated are restricted, and surface treatment of an article or the like at an arbitrary position is not always easy.
【0005】また、プラズマ反応装置の気相反応への応
用としてオゾナイザや廃ガスのプラズマ処理装置が知ら
れているが、これら従来の装置の場合には、装置の大き
さの割に、エネルギー効率が悪い等の問題があった。こ
の発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであ
り、従来法の欠点を解消し、高効率な放電の安定な利用
を図り、大量の放電処理を簡便な装置によって実現する
ことのできる新しいプラズマ反応装置と、これを用いる
反応方法を提供することを目的としている。Further, as an application of a plasma reactor to a gas phase reaction, an ozonizer and a plasma treatment device of waste gas are known, but in the case of these conventional devices, energy efficiency is high in comparison with the size of the device. There was a problem such as bad. The present invention has been made in view of the above circumstances, eliminates the drawbacks of the conventional method, achieves stable utilization of highly efficient discharge, and realizes a large amount of discharge treatment with a simple device. It is an object of the present invention to provide a new plasma reactor that can be used and a reaction method using the same.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】この発明は、以上の通り
の課題を解決するものとして、吹き出し口端縁に突先部
を設けた金属筒を電極とし、この電極金属管路の吹出し
口より希ガス、不活性ガスおよび/または空気、もしく
はこれらと反応性ガスとの混合ガスを吹き出して電圧を
印加し、大気圧下で放電プラズマを生成させてなること
を特徴とする大気圧吹き出し型のプラズマ反応装置を提
供する。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention uses a metal cylinder having a tip portion at the end of a blowout port as an electrode, and the metal pipe from the blowout port of this electrode metal line. A rare gas, an inert gas, and / or air, or a mixed gas of these and a reactive gas is blown to apply a voltage to generate discharge plasma under atmospheric pressure. A plasma reactor is provided.
【0007】この発明の装置については、各種の形状の
突先部を有する金属筒を電極とするものが可能であっ
て、この金属筒としては、円筒状、角筒状、もしくは平
板筒状体等の様々な形状と、単一筒もしくは多重筒のい
ずれの構造としてもよい。また、突先部も、端縁の切欠
き傾斜面によって形成したものであってもよいし、周端
縁を歯状体あるいは針状体、さらには複数のループ状ワ
イヤの配設等によって形成してもよい。The device of the present invention can use a metal cylinder having a tip portion of various shapes as an electrode, and the metal cylinder has a cylindrical shape, a rectangular cylinder shape, or a flat plate cylinder shape. It may have various shapes such as a single cylinder or multiple cylinders. The tip may also be formed by a notched inclined surface at the edge, or the peripheral edge may be formed by a tooth-shaped body or a needle-shaped body, or by disposing a plurality of loop-shaped wires. You may.
【0008】そしてプラズマ反応の適用も様々に可能で
あり、吹き出し口に対向する基体表面への薄膜の生成、
その表面の改質等の加工、ガス化合物の合成、ガス分解
等の適宜な対象にこの発明の装置は適用される。この装
置によって、極めて低コストで、高効率なプラズマ反応
が実現される。このため、たとえば、従来のオゾナイザ
における長尺円筒で空隙1mmを均一に保つような高価な
装置も全く必要がない。各種の合成、分解反応に有利に
適用される。The plasma reaction can be applied in various ways, and a thin film is formed on the surface of the substrate facing the outlet.
The apparatus of the present invention can be applied to an appropriate object such as surface modification processing, gas compound synthesis, gas decomposition and the like. This device realizes highly efficient plasma reaction at extremely low cost. Therefore, for example, there is no need for an expensive device such as a long cylinder in a conventional ozonizer, which keeps the gap 1 mm uniform. It is advantageously applied to various synthetic and decomposition reactions.
【0009】図面に沿ってさらに説明すると、たとえば
図1に例示したように、グロー放電のための電極として
金属管(1)を用い、この金属管(1)の吹出し口
(2)の端縁(3)を切欠いた状態で傾斜面を形成し、
突先部とすることができる。大気圧吹き出し型のグロー
プラズマ放電のためには、たとえばこの金属管(1)の
電極には電源(4)によって電圧印加し、また、金属管
(1)の管路には、ガス(5)を導入し、吹出し口
(2)より吹き出す。そして、この吹出しと同時に管路
の外部にジェット状の大気圧グロープラズマ(6)を生
成する。To further explain with reference to the drawings, as shown in FIG. 1, for example, a metal tube (1) is used as an electrode for glow discharge, and an edge of an outlet (2) of the metal tube (1) is used. Form an inclined surface with (3) cut out,
It can be a tip. For atmospheric pressure blow type glow plasma discharge, for example, a voltage is applied to the electrode of the metal tube (1) by a power source (4), and a gas (5) is applied to the conduit of the metal tube (1). Is introduced and blown out from the outlet (2). At the same time as this blowout, a jet-like atmospheric pressure glow plasma (6) is generated outside the conduit.
【0010】この大気圧グロープラズマ(6)によって
被処理基体(7)の表面が処理され、膜付け、あるいは
表面改質等が行われることになる。もちろん金属管
(1)としては、導電性であればカーボンでもよいが、
その種類に特に限定はないものの、ステンレス、タング
ステン、モリブデン等の耐熱性のものが好適であるが、
管外部を水冷ジャケット等によって冷却する場合には銅
パイプ等も使用できる。その内径および外径にも制限は
く、内径が直径10cmを越える大径金属管や、0.1mm 径
以下の細管であってもよい。The surface of the substrate to be treated (7) is treated by this atmospheric pressure glow plasma (6), and film formation or surface modification is performed. Of course, the metal tube (1) may be carbon if it is conductive,
Although the type is not particularly limited, heat resistant materials such as stainless steel, tungsten, molybdenum, etc. are preferable,
When cooling the outside of the pipe with a water cooling jacket or the like, a copper pipe or the like can also be used. The inner diameter and the outer diameter are not limited, and a large-diameter metal tube having an inner diameter of more than 10 cm or a thin tube having a diameter of 0.1 mm or less may be used.
【0011】この電極としての金属管(1)と基体
(7)の距離(l)についても、ガスの種類やその吹き
出し速度、グロープラズマの状態等によって適宜とする
ことができ、たとえば0.1mm 程度から100 mm以上とする
こともできる。また、この金属管(1)の外部沿面放電
を防止するため、図2に示したように、絶縁体(8)に
よってその周面をカバーしておいてもよい。The distance (l) between the metal tube (1) as the electrode and the substrate (7) can be set appropriately depending on the kind of gas, its blowing speed, the state of glow plasma, etc., and is, for example, about 0.1 mm. To 100 mm or more. Further, in order to prevent the external creeping discharge of the metal tube (1), its peripheral surface may be covered with an insulator (8) as shown in FIG.
【0012】このような金属管(1)に接続する電源
(4)についても特別に制限はなく、数KHz の低周波か
ら数10KHz あるいは13.56MHzまでの高周波とすること
ができる。なお、放電は、アース極相当、つまり対極と
高電圧極との間の浮遊容量に対して発生する。アークの
生成を防ぐには、前記基体(7)を誘電体にのせるのも
有効である。また、高電圧極と電源との間に小さな容量
のコンデンサを直列に加えることでアークの生成を防ぐ
こともできる。The power source (4) connected to such a metal tube (1) is also not particularly limited, and can have a low frequency of several KHz to a high frequency of several tens KHz or 13.56 MHz. It should be noted that the discharge is generated in the stray capacitance corresponding to the ground electrode, that is, between the counter electrode and the high voltage electrode. In order to prevent the generation of arc, it is also effective to put the substrate (7) on a dielectric. It is also possible to prevent generation of an arc by adding a capacitor having a small capacity in series between the high voltage electrode and the power supply.
【0013】また、金属管(1)に導入するガス(5)
として反応性ガスを用いる場合には、酸素、アンモニア
等の無機化合物やC2 F4 ,C3 F6 等のフッ化エチレ
ン系、CF4 ,C2 F6 等のフッ素化パラフィン系炭化
水素、またはフッ素原子を含む側鎖のついた鎖状炭化水
素、あるいはフッ素化芳香族炭化水素などの官能基を有
する、もしくは有さない炭化水素等の任意の有機化合
物、さらにはNOx ,SOx 等含有の廃ガス等を用いる
ことができる。このような反応性ガスは、He,Ar等
の希ガス、N2 等の不活性ガス、あるいは空気で希釈
し、混合ガスとする。いずれの場合も反応性ガスは過剰
希釈するのが好ましく、そしてガス(5)の全圧は1気
圧付近とする。なお、プラズマの安定化の点では、ケト
ン類、メタン、エタン等の炭化水素化合物を混入するこ
とも有利である。この場合の混入比は、ppm オーダーか
ら数%程度とする。グロープラズマが安定に生成すると
ともに、条件の選択によっては他種の放電として有効に
利用することもできる。もちろん、基体(7)を使用す
る場合にはゴム、プラスチック、ガラス、セラミック
ス、その他の適宜な種類と多様な形状のものとすること
ができ、バルク体、板状体、繊維状体、粉体、フィルム
等とすることができる。廃ガス処理、あるいは気相合成
にはこのような基体(7)を使用する必要はない。The gas (5) introduced into the metal tube (1)
When a reactive gas is used as, an inorganic compound such as oxygen or ammonia, a fluorinated ethylene-based hydrocarbon such as C 2 F 4 or C 3 F 6 , a fluorinated paraffin-based hydrocarbon such as CF 4 or C 2 F 6 , Or any organic compound such as a chain hydrocarbon having a side chain containing a fluorine atom, or a hydrocarbon having or not having a functional group such as a fluorinated aromatic hydrocarbon, and further NO x , SO x, etc. Waste gas contained therein can be used. Such a reactive gas is diluted with a rare gas such as He or Ar, an inert gas such as N 2 or air to prepare a mixed gas. In each case, the reactive gas is preferably overdiluted and the total pressure of gas (5) is around 1 atmosphere. From the viewpoint of plasma stabilization, it is also advantageous to mix hydrocarbon compounds such as ketones, methane, and ethane. In this case, the mixing ratio should be on the order of ppm to several percent. Glow plasma is stably generated and can be effectively used as another kind of discharge depending on the selection of conditions. Of course, when the base body (7) is used, it can be made into various shapes such as rubber, plastic, glass, ceramics, etc., and various shapes such as bulk, plate, fibrous, and powder. , Film, etc. It is not necessary to use such a substrate (7) for waste gas treatment or gas phase synthesis.
【0014】電極としての金属筒についてさらに例示す
ると、この発明の装置においては、図3に例示したよう
に、金属管(1)の端縁(3)の内周に傾斜面を有して
もよいし、図4および図5に例示したように、周端縁
に、歯状体(9)や針状体(10)を配設してもよい。
いずれの場合にも、これらの突先部、すなわち曲率半径
の小さな部位に電場が集中するようにする。この曲率半
径については、ガスの種類によって好適範囲が決められ
る。To further exemplify the metal cylinder as the electrode, in the device of the present invention, as shown in FIG. 3, even if the inner periphery of the end edge (3) of the metal tube (1) has an inclined surface. Alternatively, as illustrated in FIGS. 4 and 5, the tooth-like body (9) or the needle-like body (10) may be arranged at the peripheral edge.
In any case, the electric field is made to concentrate on these tips, that is, the portions having a small radius of curvature. A suitable range of the radius of curvature is determined depending on the type of gas.
【0015】また、図6(a)に例示したように、端縁
(3)に複数のループ状ワイヤ(11)を配設してもよ
い。この場合には、使用するガスによって好適な太さが
決められる。このため、ワイヤ(11)の太さによって
放電を制御することもできる。たとえば、アルゴン(A
r)の場合には約0.3mm 、N2 、空気の場合には約0.02
5mm 程度が考慮される。また、図6(b)に示したよう
に、同じ太さのワイヤを吹き出し口に至る管内に一定か
さ密度で充填することもできる。さらにまた、ガラス等
の誘電固体円筒内に絶縁物コートを施した金属ワイヤを
充填するようにしてもよい。これらのコーティングワイ
ヤがこの発明の突先部を構成することになる。As shown in FIG. 6 (a), a plurality of loop-shaped wires (11) may be arranged on the edge (3). In this case, the suitable thickness is determined by the gas used. Therefore, the discharge can be controlled by the thickness of the wire (11). For example, argon (A
In case of r), about 0.3 mm, N 2 , and in case of air, about 0.02
About 5mm is considered. Further, as shown in FIG. 6B, a wire having the same thickness can be filled in the pipe leading to the outlet with a constant bulk density. Furthermore, a dielectric solid cylinder such as glass may be filled with a metal wire coated with an insulator. These coated wires will form the tip of the present invention.
【0016】この時の高電圧電源からのエネルギー供給
のため、図6(c)のように、コーティングワイヤ(11
0) を、金属筒(111) をガラス等の絶縁物コート(112)
した筒の中に配置するようにしてもよい。コーティング
ワイヤ(110) の太さについては前述と同様である。この
コーティングワイヤ(110) は、コーティングされている
ので、金属筒(111)と接触しても、その全長が電極とし
て有効に働くことになる。At this time, in order to supply energy from the high voltage power source, as shown in FIG.
0), the metal tube (111) is coated with an insulator such as glass (112)
It may be arranged in the cylinder. The thickness of the coating wire (110) is the same as described above. Since this coating wire (110) is coated, even if it comes into contact with the metal tube (111), its entire length effectively works as an electrode.
【0017】このような各種の突先部については、金属
筒が単一の場合、あるいは図7に例示したように多重構
造のいずれにも採用できる。多重構造を用いることで、
たとえば放電しにくいガス(A)を中心部に吹き出し、
外側により放電しやすいガス(B)を吹き出すことによ
り、放電しにくいガスに対しても放電効率をより向上す
ることができる。Such various types of tips can be adopted in either a single metal cylinder or in a multiple structure as illustrated in FIG. By using multiple structure,
For example, a gas (A) that is hard to discharge is blown into the center,
By blowing out the gas (B) that is more likely to be discharged to the outside, it is possible to further improve the discharge efficiency even for a gas that is difficult to be discharged.
【0018】基体(7)の表面エッチング等の微細加工
には、図8のような装置としてもよい。また、廃ガス処
理や気相合成においては、図9に例示したように、誘電
体(12)によって被覆した、もしくは被覆していない
下部筒(13)に、電極金属筒(14)を対向させるよ
うにしてもよい。An apparatus as shown in FIG. 8 may be used for fine processing such as surface etching of the substrate (7). Further, in the waste gas treatment or the gas phase synthesis, as illustrated in FIG. 9, the electrode metal cylinder (14) is opposed to the lower cylinder (13) covered or not covered with the dielectric (12). You may do it.
【0019】[0019]
【実施例】以下、実施例を示し、さらに詳しくこの発明
の装置について説明する。実施例 1 高分子フィルム表面処理 外径3mm、内径2mm のステンレス製円筒の先端部を図1
のごとく鋭く研磨したものを放電管とする。下部電極と
して厚み5mmのステンレス板を用い、その上に試料とし
て40μm厚の軟質ポリエチレンフィルムを張りつけ
た。放電管先端と下部電極の間隙は20mmとした。放電
管の周囲は大気に開放してある。EXAMPLES Examples will be shown below to describe the apparatus of the present invention in more detail. Example 1 Surface treatment of polymer film Figure 3 shows the tip of a stainless steel cylinder with an outer diameter of 3 mm and an inner diameter of 2 mm.
A discharge tube is sharply polished as in. A stainless steel plate having a thickness of 5 mm was used as the lower electrode, and a soft polyethylene film having a thickness of 40 μm was attached as a sample on the stainless steel plate. The gap between the tip of the discharge tube and the lower electrode was 20 mm. The circumference of the discharge tube is open to the atmosphere.
【0020】放電管内に上端からアルゴンを1000cm-1mi
n -1の流速で流し、周波数3kHz の高周波高電圧を印加
すると、先端のノズルから鋭い炎状のプラズマジェット
が吹き出す。これは曲率半径の極端に小さい先端部分で
まず放電破壊が起こり、生成Arイオンおよび励起Ar
原子が種になってAr気流に沿って大気圧グロー放電が
起こるためである。Argon from the upper end into the discharge tube at 1000 cm -1 mi
When a high-frequency high voltage with a frequency of 3 kHz is applied at a flow rate of n −1, a sharp flame-like plasma jet is blown out from the nozzle at the tip. This is because discharge breakdown occurs first at the tip with an extremely small radius of curvature, and the generated Ar ions and excited Ar
This is because the atoms become seeds and the atmospheric pressure glow discharge occurs along the Ar flow.
【0021】ジェット流の先端部に置かれた試料ポリエ
チレンの表面はプラズマ中で生成された励起アルゴン原
子の気流に晒され、化学変化を起こす。但し、ジェット
流中のガス温度はあくまでも低温のままであるため、融
点の低い軟質ポリエチレンでも融解することはない。以
上の方法で処理されたポリエチレン表面の水滴接触角を
表1に示した。The surface of the sample polyethylene placed at the tip of the jet stream is exposed to a stream of excited argon atoms generated in the plasma, causing a chemical change. However, since the gas temperature in the jet stream remains low, even soft polyethylene having a low melting point does not melt. Table 1 shows contact angles of water droplets on the surface of polyethylene treated by the above method.
【0022】[0022]
【表1】 [Table 1]
【0023】実施例 2 高分子フィルムの表面処理 実施例1中の下部電極を取り去り、ポリエチレンフィル
ムのみを絶縁体支持棒でささえて、吹き出し電極に対し
て垂直に張る。試料フィルム表面から放電管先端を20
mm離してプラズマジェットを表面に吹き付けた。 Example 2 Surface Treatment of Polymer Film The lower electrode in Example 1 was removed, and only the polyethylene film was supported by an insulator support rod and stretched perpendicularly to the blowing electrode. 20 from the sample film surface to the discharge tube tip
A plasma jet was sprayed on the surface at a distance of mm.
【0024】表2に処理した試料表面の水滴接触角を示
した。Table 2 shows the contact angle of water droplets on the surface of the treated sample.
【0025】[0025]
【表2】 [Table 2]
【0026】実施例1、実施例2とともに数秒から10
秒といった極めて短時間の内に、表面の接触角が極端に
低下している。本来、高い水性溌水性を持ち、そのため
各種接着材との接着能力に欠けたポリエチレン表面が、
以上の方法で容易に親水性、すなわち接着可能な活性表
面に改質されたことになる。また、実施例2において、
相手極なしに低温プラズマジェットを放出させることが
できることから、放電管を左右上下に移動したり、口径
の違う放電管の使用により、被処理物体の大きさ、形状
または下部電極の有無にかかわらず、任意の形状と広さ
を持って表面処理できることを示しており、極めて有用
な方法である。もちろんこの場合の相手極は、無限遠に
置かれたアース電位であり、放電管の浮遊容量を通じて
の放電であることは言うまでもない。Several seconds to 10 together with the first and second embodiments
The contact angle of the surface has dropped extremely within a very short time such as seconds. Originally, it has a high water-repellency, so the polyethylene surface lacking the ability to bond with various adhesives
By the above method, the active surface can be easily modified to be hydrophilic, that is, to be adhered. In addition, in Example 2,
Since it is possible to emit a low-temperature plasma jet without a counter electrode, the discharge tube can be moved up and down, left and right, or by using a discharge tube with a different diameter, regardless of the size and shape of the object to be processed or the presence or absence of the lower electrode. It has been shown that surface treatment can be performed with any shape and width, which is an extremely useful method. It goes without saying that the opposite electrode in this case is the earth potential placed at infinity, and is the discharge through the stray capacitance of the discharge tube.
【0027】この際20秒以上の長時間処理では被処理
表面は白っぽく変色し、酸化等の化学変化を示唆してい
る。Arの高い電子エネルギー状態である準安定励起原
子がフラズマ中で生成し、表面に吹き付けられること
で、表面の高分子鎖を切断した結果、内部にクロスリン
ク結合、表面に過酸化物等の親水性反応基が生じたと思
われる。At this time, the surface to be treated discolors whitish for a long time of 20 seconds or more, suggesting a chemical change such as oxidation. Metastable excited atoms, which are high electron energy states of Ar, are generated in the plasma and blown onto the surface, resulting in the breaking of the polymer chains on the surface. It seems that a sexually reactive group has arisen.
【0028】準安定原子は電子状態のみが高励起状態な
のであって、気体温度は常温付近なので、高温のプラズ
マジェット処理の場合に生じやすい、被処理表面の融解
等の現象を起こすこと無しに化学変化のみを起こさせる
ことができる。実施例3 薄膜形成法 実施例1と同様の装置を用い、重合すべき気体をAr等
のキャリアガスに混合して吹き出し、キャリアガスのプ
ラズマジェット中で解離させ、相手極上に置かれた試料
基板上に重合薄膜として生成させた。Since only the electronic state of the metastable atom is in a highly excited state and the gas temperature is around room temperature, the metastable atom is chemically excited without causing a phenomenon such as melting of the surface to be treated, which is likely to occur in high temperature plasma jet treatment. Only change can be made. Example 3 Thin-Film Forming Method Using the same apparatus as in Example 1, a gas to be polymerized is mixed with a carrier gas such as Ar and blown out, dissociated in a plasma jet of the carrier gas, and the sample substrate placed on the other electrode. It was formed as a polymerized film on top.
【0029】試料基板として鏡面研磨した厚み0.5 mmの
シリコンウエハをステンレス電極上に載せて用いた。重
合性の気体としてC2 F4 を用い、実験条件を下記の通
りとした。 Ar流量: 2000cm3min-1 C2 F4 流量: 10cm3min-1 放電出力10W、周波数3000Hz 極間距離10mm 放電時間10分 その結果、プラズマジェットの吹き付けられた試料基板
表面部分は、約直径7mm、厚さ1μmの円盤状の透明な
薄膜によって被われた。この部粉の透過赤外線スペクト
ルを図10に示した。As a sample substrate, a mirror-polished silicon wafer having a thickness of 0.5 mm was placed on a stainless electrode and used. C 2 F 4 was used as the polymerizable gas, and the experimental conditions were as follows. Ar flow rate: 2000 cm 3 min -1 C 2 F 4 flow rate: 10 cm 3 min -1 Discharge output 10 W, frequency 3000 Hz, distance between electrodes 10 mm Discharge time 10 minutes As a result, the surface area of the sample substrate sprayed with the plasma jet is approximately the diameter. It was covered by a disk-shaped transparent thin film of 7 mm and a thickness of 1 μm. The transmitted infrared spectrum of this powder is shown in FIG.
【0030】この図10より、シリコン基板表面に明ら
かにポリテトラフルオロエチレン類似の重合膜が生成し
ていることがわかる。また、この膜は、いかなる溶媒に
も不活性であったので、クロスリンク結合の進んだ3次
元構造の膜であろうと思われる。実施例 4 燃焼廃棄ガス分解処理 モデル廃ガスとしてNO2 とNOを各々1000ppm 含んだ
混合気体をN2 キャリアガスの中に混合してN2 プラズ
マと共に吹き出し、分解させた後、ブラズマ下流にて直
径10mmの硝子管にてサンプリングを行い、ガスクロマ
ト法で分析した。実験条件を下に記した。From FIG. 10, it can be seen that a polymer film similar to polytetrafluoroethylene is clearly formed on the surface of the silicon substrate. Further, since this film was inactive to any solvent, it is considered to be a film having a three-dimensional structure with advanced cross-linking. Example 4 Combustion Waste Gas Decomposition Treatment Model A mixed gas containing NO 2 and NO of 1000 ppm as waste gas was mixed in N 2 carrier gas, blown out with N 2 plasma, decomposed, and then discharged downstream from the plasma. Sampling was performed using a 10 mm glass tube and analyzed by gas chromatography. The experimental conditions are listed below.
【0031】N2 流速: 1000cm3min-1 合成廃ガス流速: 50cm3min-1 放電電力最大50W、周波数50kHz その結果、図11に示した放電電力と各気体の濃度の相
関が得られた。なお、これはキャリアガスを除いた廃ガ
スとして換算した値である。N 2 flow rate: 1000 cm 3 min -1 synthetic waste gas flow rate: 50 cm 3 min -1 Discharge power up to 50 W, frequency 50 kHz As a result, the correlation between the discharge power and the concentration of each gas shown in FIG. 11 was obtained. . It should be noted that this is a value converted as waste gas excluding the carrier gas.
【0032】この図で判るように40W以上の出力で
は、あらかじめ混入したNO2 もNOも共に始めの濃度
の1/100 にも低下しており、プラズマ中でほぼ完全に
分解して、N2 とO2 になってしまっている。このこと
からわかるように、燃焼廃ガスの処理法として極めて有
効な方法である。As can be seen from this figure, at the output power of 40 W or more, both NO 2 and NO mixed in advance have decreased to 1/100 of the initial concentration, and they are almost completely decomposed in the plasma to generate N 2 Has become O 2 . As can be seen from this, it is an extremely effective method for treating combustion waste gas.
【0033】[0033]
【発明の効果】この発明によって、以上詳しく説明した
通り、簡便な構造で、高効率な、かつ、安定したプラズ
マ反応が実現される。As described above in detail, the present invention realizes a highly efficient and stable plasma reaction with a simple structure.
【図1】[Figure 1]
【図2】[Fig. 2]
【図3】[Figure 3]
【図4】[Figure 4]
【図5】[Figure 5]
【図6】[Figure 6]
【図7】[Figure 7]
【図8】[Figure 8]
【図9】各々、この発明の装置例を示した構成図であ
る。FIG. 9 is a configuration diagram showing an example of the apparatus of the present invention.
【図10】波長と吸収とのスペクトル図である。FIG. 10 is a spectrum diagram of wavelength and absorption.
【図11】放電電力と廃ガス中濃度との相関図である。FIG. 11 is a correlation diagram between discharge power and concentration in waste gas.
1 金属管 2 吹き出し口 3 端縁 4 電源 5 ガス 6 大気圧グロープラズマ 7 基体 8 絶縁体 9 歯状体 10 針状体 11 ワイヤ 12 誘電体 13 下部筒 14 電極金属筒 1 Metal Tube 2 Blowout Port 3 Edge 4 Power 5 Gas 6 Atmospheric Pressure Glow Plasma 7 Base Material 8 Insulator 9 Tooth-like Body 10 Needle-like Body 11 Wire 12 Dielectric 13 Lower Cylinder 14 Electrode Metal Cylinder
─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成3年12月12日[Submission date] December 12, 1991
【手続補正1】[Procedure Amendment 1]
【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing
【補正対象項目名】図11[Name of item to be corrected] Figure 11
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【図11】 FIG. 11
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成5年9月24日[Submission date] September 24, 1993
【手続補正1】[Procedure Amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】図面の簡単な説明[Name of item to be corrected] Brief description of the drawing
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図1】この発明の装置例を示した断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing an example of a device of the present invention.
【図2】この発明の装置例を示した断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing an example of a device of the present invention.
【図3】この発明の装置例を示した断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of the device of the present invention.
【図4】この発明の装置例を示した断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing an example of a device of the present invention.
【図5】この発明の装置例を示した断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of the device of the present invention.
【図6】この発明の装置例を示した断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of the device of the present invention.
【図7】この発明の装置例を示した断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example of the device of the present invention.
【図8】この発明の装置例を示した断面図である。FIG. 8 is a sectional view showing an example of the device of the present invention.
【図9】この発明の装置例を示した構成図である。FIG. 9 is a configuration diagram showing an example of a device of the present invention.
【図10】波長と吸収とのスペクトル図である。FIG. 10 is a spectrum diagram of wavelength and absorption.
【図11】放電電力と廃ガス中濃度との相関図である。FIG. 11 is a correlation diagram between discharge power and concentration in waste gas.
【符号の説明】 1 金属管 2 吹き出し口 3 端縁 4 電源 5 ガス 6 大気圧グロープラズマ 7 基体 8 絶縁体 9 歯状体 10 針状体 11 ワイヤ 12 誘電体 13 下部筒 14 電極金属筒[Explanation of Codes] 1 Metal tube 2 Blowout port 3 Edge 4 Power supply 5 Gas 6 Atmospheric pressure glow plasma 7 Base material 8 Insulator 9 Tooth-like body 10 Needle-like body 11 Wire 12 Dielectric body 13 Lower cylinder 14 Electrode metal cylinder
Claims (9)
を電極とし、この電極金属筒の吹き出し口より希ガス、
不活性ガスおよび/または空気、もしくはこれらと反応
性ガスとの混合ガスを吹き出して電圧を印加し、大気圧
下で放電プラズマを生成させてなることを特徴とする大
気圧吹き出し型プラズマ反応装置。1. A metal cylinder having a tip portion at the end of the blowout port is used as an electrode, and a rare gas is discharged from the blowout port of the electrode metal barrel.
An atmospheric pressure blowing type plasma reaction apparatus, characterized in that an inert gas and / or air or a mixed gas of these and a reactive gas is blown to apply a voltage to generate discharge plasma under atmospheric pressure.
とともに含酸素化合物、その他の反応性ガスを混入して
なる請求項1の大気圧吹き出し型プラズマ反応装置。2. The atmospheric pressure type plasma reactor according to claim 1, wherein an oxygen-containing compound and other reactive gases are mixed with a rare gas, an inert gas and / or air.
は筒状体を配置してなる請求項1または2のプラズマ反
応装置。3. The plasma reactor according to claim 1, wherein the substrate to be treated or the cylindrical body is arranged so as to face the outlet.
くは平板筒状体からなる請求項1、2、または3のプラ
ズマ反応装置。4. The plasma reactor according to claim 1, 2 or 3, wherein the electrode metal cylinder is formed of a cylindrical body, a rectangular cylinder body, or a flat plate cylinder body.
1、2、3または4のプラズマ反応装置。5. The plasma reactor according to claim 1, 2, 3 or 4, wherein the electrode metal cylinder has a multiple structure.
成してなる請求項1、2、3、4または5のプラズマ反
応装置。6. The plasma reactor according to claim 1, wherein the tip portion is formed by a notched inclined surface at the edge.
によって形成してなる請求項1、2、3、4または5の
プラズマ反応装置。7. The plasma reactor according to claim 1, wherein the tip portion is formed of a tooth-shaped body or a needle-shaped body of the peripheral edge.
ヤの配設によって形成してなる請求項1、2、3、4ま
たは5のプラズマ反応装置。8. The plasma reactor according to claim 1, wherein the tip portion is formed by arranging a plurality of loop wires on the peripheral edge.
は8のいずれかの装置によってプラズマ反応させること
を特徴とする大気圧吹き出し型のプラズマ反応方法。9. A plasma reaction method of atmospheric pressure blowing type, characterized in that a plasma reaction is carried out by the apparatus of any one of claims 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 or 8.
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