KR100934139B1

KR100934139B1 - 액중 플라즈마용 전극, 액중 플라즈마 발생 장치 및 액중 플라즈마 발생 방법

Info

Publication number: KR100934139B1
Application number: KR1020077012623A
Authority: KR
Inventors: 히토토시 무라세; 도시히사 시모; 히로아키 다카시마; 히로미치 도요타; 신후쿠 노무라; 츠네히로 마에하라
Original assignee: 가부시키가이샤 도요다 지도숏키; 고쿠리쓰다이가쿠호진 에히메다이가쿠
Priority date: 2004-12-03
Filing date: 2005-12-02
Publication date: 2009-12-29
Also published as: DE112005003029T5; JP4909741B2; CN101112132B; DE112005003029B4; US20090109141A1; WO2006059808A1; JPWO2006059808A1; US8653404B2; CN101112132A; KR20070085750A

Abstract

본 발명에 따른 액중 플라즈마 전극 (1) 은, 액체 (L) 중에서 플라즈마를 발생시키는 액중 플라즈마 전극으로서, 액체 (L) 와 접촉하는 방전 단면 (111) 을 갖는 도전 부재 (11), 및 상기 방전 단면 (111) 을 적어도 제외한 도전 부재 (11) 의 외주를 커버하는 절연 부재 (16) 를 갖는다.

방전 단면 (11) 을 갖는 도전 부재 (11) 의 도전 단부 (110) 의 단면이 대략 원형이면 단축의 길이, 대략 직사각형이면 단변의 길이를 d 로, 방전 단면 (111) 과 대략 평행한 절연 부재 (16) 의 단면 (161) 을 기준면 (161) 으로 할 때, 기준면 (161) 으로부터 방전 단면 (111) 을 포함하는 면까지의 거리를 x 라 할 때, d 및 x 는, -2d ≤x≤2d 를 만족하는 것이 바람직하다.

이러한 구성에 의해, 물이나 알콜 등의 도전성의 액체도 포함하여, 넓고 다양한 범위의 액체 중에서 간단하게 플라즈마를 발생시키는 것이 가능한 액중 플라즈마 전극, 이러한 전극을 갖는 액중 플라즈마 발생 장치, 및 이러한 전극을 이용한 액중 플라즈마 발생 방법을 제공할 수 있다.

액중 플라즈마용 전극, 액중 플라즈마 발생 장치, 액중 플라즈마 발생 방법

Description

액중 플라즈마용 전극, 액중 플라즈마 발생 장치 및 액중 플라즈마 발생 방법{IN-LIQUID PLASMA ELECTRODE, IN-LIQUID PLASMA GENERATING APPARATUS AND IN-LIQUID PLASMA GENERATING METHOD}

기술분야

본 발명은, 액체 중에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 액체 중에서 고에너지의 플라즈마를 발생시키기 위한 방법, 장치 및 이에 이용되는 전극에 관한 것이다.

기술배경

종래에는, 플라즈마를 이용한 증착 기술로서 기상 플라즈마를 이용한 증착 기술이 폭넓게 이용되었다. 그러나, 물질 밀도가 낮은 기상 플라즈마에서는 반응 속도가 낮다. 따라서, 물질 밀도가 높은 액체 중에서 플라즈마를 발생시키는 기술이 필요하였다.

예를 들어, 국제공개공보 제 02/038827 호 (문헌 1) 에는, 이격된 한 쌍의 전극이 배치된 전해액 내에 퇴적될 재료의 원료를 포함하는 버블의 스트림을 발생시키고, 버블 영역에 플라즈마 글로우 방전을 형성하여 이 전극의 일방 상에 재료를 증착시키는 발명이 기재되어 있다.

그러나, 문헌 1 에 기재된 발명은, 직류 글로우 방전을 이용한 것이다. 문헌 1 은 마이크로파 또는 전자파 조사에 의해 글로우 방전의 발생을 보조하는 것 을 부분적으로 언급하고 있지만, 이에 관한 구체적인 설명은 없다. 기술적 관점에서 불명확한 점이 많고, 문헌 1 에 기재된 기술은 직류 글로우 방전에 지나지 않는 것으로 사료된다. 따라서, 반응 속도는 기상 플라즈마와 같은 레벨로 간주된다.

더욱이, 일본공개특허공보 제 2002-301136 호 (문헌 2) 에도 용기의 외부에서 액체에 마이크로파를 조사하여, 액체 중의 유해물을 분해하는 것이 기재되어 있다. 문헌 2 는, 용기의 외부로부터 마이크로파를 조사하여, 용기 중의 액체에 포함된 유해물을 분해하는 것이지만, 어떤 원리로 유해 물질이 분해되는 지는 설명되어 있지 않다. 따라서, 이와 같은 마이크로파의 조사의 방식으로 액체 중에 플라즈마를 발생시키는 것은 생각하기 어렵고, 문헌 2 에도 액체 중에 플라즈마가 발생되는 것은 기재되어 있지 않다. 액체 중의 플라즈마 발생이 불가능한 것은 아님에도, 매우 큰 전력을 공급할 필요가 있고, 그 실용성은 낮다.

또한, 일본 공개특허공보 제 2003-297598 호 (문헌 3) 및 일본 공개특허공보 제 2004-152523 호 (문헌 4) 에서는, 도데칸 (dodecane) 등의 액체 내부에 초음파 발생 장치에 의한 초음파를 조사하여 액체 내에 버블을 발생시키고, 동시에 당해 액체 중에서 버블이 발생하고 있는 위치에 전자파 발생 장치에 의한 전자파를 조사하여 버블 중에 높은 에너지의 플라즈마를 발생시키고 있다.

발명의 개시

상기 문헌 3 및 문헌 4 에 기재된 바와 같이 액체 내부에 전자파를 조사하여 액중 플라즈마를 발생시키는 방법은, 액상에서는 기상에 비해서 분자 밀도가 매우 높기 때문에, 높은 반응 속도가 얻어질 수 있을 것으로 기대된다. 그러나, 물 또는 알콜 등의 도전성 액체에서는 액중에 와전류가 발생하여, 조사한 전자파의 에너지가 소모된다는 문제가 있다. 또한, 수산기 등은 특정의 주파수를 흡수하기 때문에, 전자파가 감쇄한다는 문제가 있다.

본 발명은, 상기 문제점을 감안하여, 물 및 알콜 등의 도전성 액체를 포함하여, 넓고 다양한 액체 중에서 간단하게 플라즈마를 발생시키는 것이 가능한 액중 플라즈마 전극, 액중 플라즈마 발생 장치 및 액중 플라즈마 발생 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 액중 플라즈마 전극은, 액체 중에서 플라즈마를 발생시키는 액중 플라즈마 전극으로서, 상기 액체와 접촉하는 방전 단면을 갖는 도전 부재와, 그 방전 단면을 적어도 제외한 그 도전 부재의 외주를 커버하는 절연 부재를 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 방전 단면을 갖는 상기 도전 부재의 도전 단부의 단면이 대략 원형 또는 대략 직사각형이고, 그 단면에서 단축 또는 단변의 길이를 d, 상기 방전 단면과 대략 평행한 상기 절연부재의 단면을 기준면으로 하여 그 기준면으로부터 그 방전 단면을 포함하는 면까지의 거리를 x 라 할 때, -2d≤x≤2d 를 만족하는 것이 바람직하고, -d≤x≤d 를 만족하는 것이 더욱 바람직하다.

여기서, 0<x 에서는, 방전 단면이 절연 부재의 단면 (기준면) 으로부터 외측으로 돌출해 있다. x=0 에서는, 방전 단면과 기준면이 동일 면에 존재한다. x<0 에서는 방전 단면이 절연 부재의 단면 (기준면) 으로부터 내측으로 들어가 있 다.

본 발명의 액중 플라즈마 전극에 의하면, 방전 단면을 적어도 제외한 도전 부재의 외주에 절연부재를 형성하는 것에 의해, 물을 포함한 액체 등 넓고 다양한 액체에서, 높은 에너지의 플라즈마를 발생시킬 수 있는 이점이 있다. 또한, 상기 d 및 x 의 관계를 적절한 범위로 하면, 전극에 매우 큰 전력을 인가하지 않고서도 액중에서 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 따라서, 큰 전원이 반드시 필요하지는 않게 된다. 또한, 액중 플라즈마 전극의 구조도 간단하게 되고, 후술하는 액중 플라즈마 발생 장치를 간단하게 만들 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 액중 플라즈마 발생 장치는, 액체를 담는 용기; 상기 액체와 접촉하는 방전 단면을 갖는 도전 부재, 및 그 방전 단면을 적어도 제외한 그 도전 부재의 외주를 커버하는 절연 부재를 갖는 액중 플라즈마 전극; 및 적어도 상기 도전 부재에 전력을 공급하는 고주파 전원을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 액중 플라즈마 발생 방법은, 액체 중에서 플라즈마를 발생시키는 액중 플라즈마 발생 방법으로서, 그 액체와 접촉하는 방전 단면을 갖는 도전 부재와, 그 방전 단면을 적어도 제외한 그 도전 부재의 외주를 커버하는 절연 부재를 갖는 액중 플라즈마용 전극에, 고주파 전원에 의해 전력을 공급하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 액중 플라즈마 발생 장치 및 액중 플라즈마 발생 방법에서는, 상기 본 발명의 액중 플라즈마 전극에 의해, 물을 포함한 액체 등 넓고 다양한 액체에서 높은 에너지의 액중 플라즈마를 발생시킬 수 있는 이점이 있다.

도면의 간단한 설명

이하의 상세한 설명 및 첨부의 도면을 참조하는 것에 의해, 본 발명을 보다 깊이 이해할 수 있을 것이다. 이하, 도면의 간단한 설명을 한다.

도 1 은, 본 발명의 액중 플라즈마 전극의 예의 단부의 종단면도이다.

도 2 는, 본 발명의 액중 플라즈마 발생 장치의 일예를 나타내는 설명도이다.

도 3 은, 본 발명의 액중 플라즈마 발생 장치에 이용되는 고주파 회로의 일예를 나타내는 회로도이다.

도 4 는, 실시예에 이용된 액중 플라즈마 발생 장치를 나타내는 설명도이다.

도 5 는, 실시예의 액중 플라즈마 전극의 일예를 나타내는 부분 확대도로서, 구체적으로 전극 단부의 축방향 단면도이다.

도 6 은, 실시예의 액중 플라즈마 전극의 일예를 나타내는 단면도로서, 구체적으로는 서로 직교하는 2 개의 단면을 나타낸다.

도 7 은, 녹색 색소의 흡광 분석 결과를 나타내는 그래프이다.

도 8 은, 적색 색소의 흡광 분석 결과를 나타내는 그래프이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위해, 이 발명을 실시하기 위한 최선의 형태에 대해서, 도면에 기초하여 설명한다. 도 1 의 각 도는 액중 플라즈마 전극의 예를 나타내는 종단면도이다. 도 2 는 액중 플라즈마 발생 장치의 일예를 나타내는 설명도이다. 도 3 은 액중 플라즈마 발생 장치에 이용되는 고주파 회 로의 일예를 나타내는 회로도이다.

액중 플라즈마 발생 장치는, 도 2 및 도 3 에 그 일예를 나타낸 바와 같이, 주로 액중 플라즈마 전극 (1) 과, 고주파 전극 (2) 과, 액체 (L) 를 담는 용기 (3) 를 포함한다. 그리고, 액중 플라즈마 전극 (1) 은, 도 1 에 그 예를 나타낸 바와 같이, 도전 부재 (11) 와 절연 부재 (16) 를 갖는다. 또한, 도 1 내지 도 3 은, 본 발명의 액중 플라즈마 전극 및 액중 플라즈마 발생 장치의 예를 나타내는 도면으로서, 도면에 나타낸 구성에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 액중 플라즈마 전극은, 액체 중에서 플라즈마를 발생시키는 액중 플라즈마 전극으로서, 도전 부재와, 그 외주 (外周) 에 형성된 절연 부재를 갖는다. 도전 부재는, 액체와 접촉하는 방전 단면을 갖고, 방전 단면을 적어도 제외한 도전 부재의 외주는, 절연 부재로 커버한다.

도전 부재의 재료는 도전성의 재료로 이루어지면, 특별한 제한은 없다. 예를 들어 금속 재료의 경우, 동 (Cu) 및 Cu 를 포함한 동합금, 알루미늄 (Al) 및 Al 을 포함한 알루미늄 합금, 및 스테인레스 스틸 뿐만 아니라, 텅스텐 (W), 은 (Ag), 몰리브덴 (Mo), 금 (Au), 백금 (Pt), 탄소 (C), 등과 이들 원소들을 포함한 각종 금속 재료를 이용하는 것이 가능하다. 또한, 도전 부재의 형상에도 특별한 제한은 없다.

절연 부재는, 수지 또는 세라믹스로 형성되는 것이 바람직하다. 구체적인 예로는, 수지로서는, 에폭시 수지, 페놀 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 우레아 수지, 멜라민 수지, 폴리우레탄 수지, 실리콘 수지, 시아네이트 수지, 폴리아미 드 수지, 폴리아세탈, 폴리카보네이트, 변성 폴리페닐렌 에테르, 열가역성 폴리에스테르 수지, 폴리테트라플루오로에틸렌, 플루오로카본 수지, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리설폰, 비정질 폴리아릴레이트, 폴리에테르이미드, 폴리에테르 설폰, 폴리에테르 케톤, 액정 폴리에스테르, 폴리아미드-이미드, 폴리이미드, 폴리아릴에테르 니트릴, 폴리벤조이미다졸, 및 이들의 폴리머 얼로이 등이 포함된다. 세라믹스의 구체적인 예로서는, 알루미나, 알루미나-실리카, 지르코니아, 실리콘 니트라이드-알루미나 (시아론), 마이카 (플루오로플로고파이트), 왈라스토나이트, 육방 정질화 붕소, 질화 알루미늄, 코디에라이트, 페탈라이트 등이 포함된다. 또한, 절연 부재는, 방전 단면을 적어도 제외한 도전 부재의 외주를 커버하는 것이 가능하면, 그 형태에 특별한 제한은 없고, 도전 단부의 형상에 따라 적절하게 선택하면 된다. "방전 단면을 적어도 제외한 도전 부재의 외주를 커버한다" 는 것은, 구체적으로는, 도 1 의 중앙의 도면 및 우측 도면과 같이 방전 단면 (111) 이외의 도전 부재 (11) 의 표면이 커버되고 있는 상태 외, 도 1 의 좌측 도면과 같이 방전 단면 (111) 및 방전 단면 (111) 으로부터 확장되는 측면의 일부를 제외한 도전 부재 (11) 의 표면이 커버되어도 된다.

본 발명의 액중 플라즈마 전극에서는, 방전 단면을 갖는 도전 부재의 단부 (도전 단부) 를 포함하는 영역의 구성에 특색을 갖는 것으로서, 전극에 과도하게 큰 전력을 인가하지 않고도 액중에서 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 따라서, 이하의 설명에서는, 액중 플라즈마 전극 중 도전 단부를 갖는 전극 단부에 대해서 자세히 설명한다. 액중 플라즈마 전극에서, 전극 단부는 주로 액체 중에 배치 된 부위로서, 전극 단부를 제외한 기타 부위의 구성은, 전술한 본 발명의 실시의 형태를 이탈하지 않는 한 특별히 제한되지는 않는다.

도전 단부는, 절연부재가 제공되지 않은 방전 단면을 갖는다. 방전 단면은, 예를 들어, 입방체 형상의 도전 부재일 때, 장축 방향의 양단에 위치하는 단면 중의 하나의 단면 외, 그 외의 단면이어도 된다. 또한, 방전 단면은, 평탄한 평면 외, 곡면이나 반구면이어도 된다. 도전 단부는, 그 형상에 특별한 제한은 없지만, 원주나 각주 등의 봉상이거나 판상이어도 된다. 즉, 도전 단부의 단면 형상은, 완전 원형 및 타원형 등의 대략 원형, 또는, 정방형 및 장방형의 대략 직사각형인 것이 바람직하다.

또한, 도전 단부는, 방전 단면의 에지부 (도 1 의 부호 112) 에 모따기부 (모서리를 깍아서 형성한 부분) 를 가지는 것이 바람직하다. 모따기부는, 곡면 형상이어도 되고, 곡률 반경 R 을 0.01mm 이상 d/2 이하 (d 는 이후에 정의) 로 하는 것이 바람직하다. 모따기부를 형성하는 것으로, 국소적인 방전이 억제되고, 액중 플라즈마 전극의 손상이 저감된다. 또한, 도전 부재 중의 도전 단부 이외의 부분의 형상에 대해 제한은 없고, 후술하는 액중 플라즈마 발생 장치에 설치하기 쉬운 형상이면 된다.

전극 단부 주위에 위치하는 절연 부재는, 도전 단부의 외주에 위치하면, 그 형태에 특별한 제한은 없고, 도전 단부의 형상에 따라 적절하게 선택하면 된다. 예를 들어, 절연 부재의 재료에도 의존하지만, 도전 단부의 표면으로부터 0.01mm 이상의 두께로 형성될 수 있다.

여기서, 도 1 의 각각의 도면은, 본 발명의 액중 플라즈마 전극의 예를 나타내는 단면도로서, 구체적으로는 전극 단부 (10) 의 확대도이다. 방전 단면 (111) 을 갖는 도전 단부 (110) 는, 절연 부재 (16) 로부터 돌출되어 있어도 되고, 방전 단면 (111) 이 노출된 상태로 도전 단부 (110) 가 절연 부재 (16) 에 매설되어 있어도 된다. 특히, 도전 단부의 단면이 대략 원형이면 단축의 길이, 대략 직사각형이면 단변의 길이를 d 로, 방전 단면과 대략 평행한 절연 부재의 단면을 기준면으로 그 기준면으로부터 방전 단면을 포함하는 면까지의 거리를 x 로 할 때, d 및 x 는 -2d≤x≤2d 를 만족하는 것이 바람직하다. d 및 x 가 -2d≤x≤2d 를 만족하기 때문에, 전극에 매우 큰 전력을 인가하지 않고도 액중에서 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 또한, -d≤x≤d 이면, 플라즈마 발생에 필요한 전력을 저감시킬 수 있다. 전술한 바와 같이, 본 명세서에서는, 방전 단면이 기준면보다도 돌출되어 있는 경우에는 x 를 정의 값으로 하고, 방전 단면이 기준면보다도 들어가 있는 경우에는 x 를 부의 값으로 한다.

또한, "도전 단부" 의 영역으로서는, 도전 부재 중 액체와 접촉하는 면을 갖는 영역을 도전 단부로 하고, x≤0 일 때, 방전 단면을 갖는 매우 작은 (얇은) 부분을 도전 단부로 보는 것도 가능하다. 이 경우 d 는, 방전 단면의 단축 또는 단변의 길이이고, x≤0 일 때, 절연 부재에 커버되고 있는 부분의 형상에 제한은 없다.

또한, x 의 값이 -1mm 내지 1mm 의 범위이면, 도전 단부의 형상에 상관 없이, 양호하게 플라즈마를 발생시키는 것이 가능하다.

여기서, 방전 단면 또는 절연부재의 단면 (기준면) 이 곡면인 경우에는, 도전 부재의 중앙부로부터 가장 떨어진 꼭대기의 면 또는 점, 또는 절연 부재의 중앙부로부터 가장 떨어진 꼭대기의 면 또는 점을 포함하는 면이 방전 단면 또는 기준면으로서 정의될 수 있다.

도전 단부에서, 도전 단부의 단면의 형상이 완전 원형이면, "d" 는 직경과 동등하다. 또한, 도전 단부의 단면의 형상이 정방형이면, "d" 는 한 변의 길이와 같다. 한편, 도전 단부의 단면의 형상이 완전 원형 또는 정방형이 아닌 경우에는, 단축 (단면이 타원인 경우) 또는 단변 (단면이 장방형인 경우) 의 길이가 "d" 에 상당하지만, 장축 또는 장변의 길이에 특별한 제한은 없다.

위에서 자세히 설명한 본 발명의 액중 플라즈마 전극을 이용하여, 액중 플라즈마 발생 장치를 구성하는 것이 가능하다. 액중 플라즈마 발생 장치는, 주로, 액중 플라즈마 전극과, 전극에 전력을 공급하는 고주파 전원과, 액체를 담는 용기를 갖는다.

액체를 담는 용기로서는, 플라즈마의 발생 전후에 있어서 액체를 양호하게 유지 가능한 용기이면, 그 형상이나 재료에 특별한 제한은 없다. 용기 내에는, 액중 플라즈마 전극의 적어도 전극 단부가 형성되고, 전극 단부는 용기에 액체를 담을 때 액체 중에 위치한다. 또한, 도 2 에 나타낸 바와 같이, 제 2 전극 (4) 이, 액중 플라즈마 전극 (1) 의 전극 단부 (10) 에 대향하도록 용기 (3) 내에 형성되는 것이 바람직하다. 액중 플라즈마 전극 (1) 및 제 2 전극 (4) 은 서로 대 향기만 하면 되지만, 전극 사이의 거리를 0.5 내지 50mm 로 하는 것이 바람직하다. 본 명세서에 있어서, "전극 사이의 거리" 란, 상기 기준면으로부터 제 2 전극의 대향하는 표면까지의 거리 (도 2 의 부호 D 로 나타냄) 로 정의된다. 또한, 전극 (1) 은, 도 2 에 나타낸 바와 같이, 용기 (3) 의 저부에 있어서 전극 단부 (10) 를 상향으로 배치할 필요는 없고, 전극 단부 (10) 가 액체 (L) 와 접촉하는 상태이면, 전극 단부 (10) 가 하향이어도 수평 방향을 향하고 있어도 된다. 또한, 도 2 에서는, 액중 플라즈마 전극 (1) 이 1 개 제공되어 있지만, 복수개의 액중 플라즈마 전극이 제공될 수 있다.

또한, 배기 수단을 이용하여 반응 용기를 포함하는 공간을 감압할 수 있다. 감압함으로써, 플라즈마의 발생을 용이하게 실시할 수 있다. 이 때의 압력은, 1 내지 600hPa 이 바람직하다. 또한, 감압은, 버블 및 플라즈마의 발생의 개시 시에 특히 유효하기 때문에, 버블 및 플라즈마의 발생이 안정되면, 상압으로 복귀될 수 있다.

고주파 전원은, 액중 플라즈마 전극, 즉, 도전 부재에 전력을 공급한다. 고주파 전원은, 예를 들어, 도 3 에 나타낸 바와 같은 고주파 회로에 의해 제어된다. 도 3 에 나타낸 바와 같이, 고주파 전원 (2) 으로부터 정합기 (21) 를 통해 공진 회로 (30) 로 전력이 공급된다. 공진 회로 (30) 는 코일 (31, 32) 및 커패시터 (33) 를 포함하고, 공진 회로 (30) 의 접점 (C) 및 접점 (D) 은, 각각 액중 플라즈마 전극 (1) 및 제 2 전극 (4) 에 접속된다. 공진 회로 (30) 는, 입력 고주파의 주파수에 공진하도록 설정되어 있다. 도 3 에서는, 접점 (C) 측을 접지하여 제 2 전극 (4) 에 접속하고, 접점 (D) 을 액중 플라즈마 전극 (1) 에 접속한다. 사용하는 주파수는, 액체의 종류 및 플라즈마의 용도에 따라 적절하게 선택할 수 있고, 3MHz 내지 3GHz 의 범위에서 사용하는 것이 바람직하다. 액체로서 많은 물을 포함하는 액체를 사용하는 경우, 예를 들어, 공업용으로 허가된 13.56MHz 또는 27.12MHz 를 사용하면, 주파수는 물 분자에 의한 흡수에 영향을 덜 받게 된다.

공진 회로는 반드시 이러한 타입일 필요는 없다. 직렬 공진 회로일 수도 있고, 주파수가 높은 경우에는 선로 공진기 또는 공동 공진기를 이용할 수도 있다.

용기에 액체를 도입하고, 고주파 전원을 작동시켜 액중 플라즈마 전극에 전력을 공급하면, 액중 플라즈마 전극의 발열에 의해 액체가 끓고 액체 내부에서 버블이 발생한다. 동시에, 버블이 발생하는 위치에 고주파가 조사되어 버블의 내부에 플라즈마가 발생한다. 버블의 내부는 기체 상태의 액체가 고온 고압으로 존재하고, 플라즈마가 발생하기 쉬운 상태가 된다. 따라서, 전자파 등을 조사하는 것에 의해, 버블의 내부에 플라즈마를 용이하게 발생시키는 것이 가능하다.

액체 중에 버블을 발생시키는 수단으로서는, 전술한 바와 같이 액중 플라즈마 전극의 발열에 의해 액체를 가열하여 이를 끓이는 것 외에도, 발열체에 의해 액체를 끓이거나 액체에 초음파를 조사하는 방법 등이 포함된다. 따라서, 버블을 발생시키는 수단으로서는, 예를 들어, 액체를 유지하는 용기 내에 발열체 또는 초음파 발생 장치를 설치할 수 있다. 또한, 액중 플라즈마 발생 장치에 버블을 발생시키는 기능이 제공될 수 있고, 전극과 기판 사이에 마이크로버블, 나노 버블 등의 버블을 발생시켜, 액중 플라즈마에 의해 활성화된 버블을 흐르게 할 수도 있다. 또는, 액중 플라즈마 발생 장치에 액체를 순환시키는 기능이 제공될 수 있고, 이에 의해 전극과 기판 사이의 액체를 순환시키면서 버블을 발생시켜도 된다.

또한, 전극과 기판 사이에, 버블의 발생을 돕는 어시스트 가스로서 기체를 공급할 수 있다. 공급하는 기체로서는, 액체가 알콜이면 메탄 및 아세틸렌 등의 탄화 수소 가스, 헬륨 및 아르곤 등의 불활성 가스, 또는 수소 등의 환원 가스등이 될 수 있다.

발생하는 플라즈마는 고온·고에너지이고, 물질의 분해·합성 등에 효과적이다. 그러나, 플라즈마는 액체 중에 있기 때문에 거시적으로는 저온이고, 안전하고 다루기가 쉽다. 플라즈마가 물질 밀도가 높은 액체 중에 존재하기 때문에, 반응 속도는 매우 높다.

본 발명의 액중 플라즈마 전극, 액중 플라즈마 발생 장치 및 액중 플라즈마 발생 방법은, 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명은, 본 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위에서, 당업자가 행할 수 있는 변경, 개량 등을 실시한 각종 형태에서 실시하는 것도 가능하다.

상기 실시형태에 기초하여, 액중 플라즈마 발생 장치를 제조한다. 이하, 액중 플라즈마 전극, 액중 플라즈마 발생 장치 및 액중 플라즈마 발생 방법의 실시예를 비교예와 함께 도 3 내지 도 8 을 이용하여 설명한다.

이하의 실시예에 있어서, 액중 플라즈마 발생 장치로서, 도 3 및 도 4 에 나타낸 장치를 이용한다. 이하에, 하기의 실시예에서 사용한 액중 플라즈마 발생 장치를 구체적으로 설명한다. 또한, 실시예 1 내지 실시예 5, 실시예 15 내지 실시예 17 에서 사용된 액중 플라즈마 전극 (1') 의 일예 및 실시예 6 내지 실시예 14 에서 사용한 액중 플라즈마 전극 (1'') 의 일예를 도 5 및 도 6 에 각각 나타내었다.

[액체 플라즈마 발생 장치]

용기 3 은, 석영 유리로 만들어진 원통 형상의 용기 본체와, 그 하부 개구단 및 상부 개구단을 폐색하는 스테인레스제의 대략 원판 형상의 폐색 부재로 이루어진다. 하부 개구단을 폐색하는 폐색 부재에는, 그 중심부에 액중 플라즈마 전극 (1) 이 고정된다. 액중 플라즈마 전극 (1) 은, 전극 단부 (10) 가 용기 (3) 의 내부에 돌출되어 배치된다.

용기 (3) 의 내부에는, 액체 (L) 가 채워지고, 전극 단부 (10) 는, 액체 (L) 내부에 위치한다. 액중 플라즈마 전극 (1) 의 상방에는, 제 2 전극 (4) 이, 소정의 전극 사이의 거리 (D) 를 두고 액중 플라즈마 전극 (1) 을 대향하도록 유지된다. 제 2 전극 (4) 은, 판상의 순알루미늄 (A1050 (JIS)) 으로서, 전체가 액체 (L) 의 내부에 침지된다.

액중 플라즈마 전극 (1) 및 제 2 전극 (4) 은 코일, 커패시터 등에 접속되고, 고주파가 공급되는 공진 회로 (30) (도 3) 에 결합된다. 제 2 전극 (4) 은, 용기 (3) 의 상부 개구단을 폐색하는 폐색 부재에 절연체 (33) 를 통해 고정된 도전성의 유지구에 의해 유지된다. 제 2 전극 (4) 은, 이 유지구를 통해 공진 회로 (30) 에 접속된다. 이 때, 공진 회로 (30) 는, 커패시터 (33) 의 용량은 120pF 로, 코일 (31) 을 0.2μH, 코일 (32) 을 0.7μH, 코일 (31) 과 코일 (32) 의 저항의 합을 0.5Ω 으로 했다.

용기 (3) 는, 용기 (3) 보다도 약간 더 큰 외부 용기 (91) 의 내부에 배치된다. 외부 용기 (91) 는, 배기 통로 (95) 를 통해 외부 용기 (91) 와 연결되는 진공 펌프 (90) 를 갖는 것 외에는, 용기 (3) 와 동일한 구성이다.

[액중 플라즈마 전극]

[실시예 1]

액중 플라즈마 전극 (1') 은, 금속제의 도전 부재 (12) 와 전연 부재 (17) 로 이루어진다. 도 5 는, 실시예 1 내지 실시예 5 의 액중 플라즈마 전극 (1') 의 일예의 전극 단부 (10') 의 축방향 단면도이다. 도전 부재 (12) 로서, 순알루미늄 (A1050 (JIS)) 제로 일단에 평탄한 단면 (121) 을 갖는 원주체 (직경 3mm (d=3)) 를 사용하였다. 본 실시예에서는, 이 단면 (121) 을 방전 단면으로 하였다. 단면 (121) 의 에지에는, R=0.2mm 의 모따기부 (122) 를 형성하였다. 또한, 절연 부재 (17) 로서, 원통 형상의 세라믹스 절연관 (내경: 3mm, 외경: 5mm, 길이: 25mm) 을 사용하였다. 관 모양의 절연 부재 (17) 내에는 도전 부재 (12) 를 삽입하였다. 액중 플라즈마 전극 (1') 의 전극 단부 (10') 에서는, 도전 부재 (12) 의 삽입 위치를 조정하여, 단면 (121) 과 평행한 절연 부재의 단면을 기준면 (171) 으로 하여, 기준면 (171) 으로부터 단면 (121) (방전 단면) 까지의 거리 x 를 결정하였다. 본 실시예에서는, 기준면 (171) 으로부터 단면 (121) (방전 단면) 까지의 거리를 5mm (x=5), 1mm (x=1), 또는 0mm (x=0) 이 되도록 액중 플라즈마 전극 (1') 을 상기 액중 플라즈마 발생 장치에 결합하였다. 본 실시예에서는, x=5 의 전극을 #1-1, x=1 의 전극을 #1-2, x=0 의 전극을 #1-3 으로 하였다.

액체 (L) 로서 수도물을 준비하고, 액중 플라즈마 발생 장치의 용기 (3) 에 채웠다. 또한, 전극 사이의 거리 (D) (기준면 (171) 으로부터 제 2 전극 (4) 의 표면까지의 거리) 를 2mm 로 하였다.

먼저, 외부 용기 (91) 의 내부를 감압하여, 용기내 압력을 200hPa 로 하였다. 그 다음, 고주파 전원 (2) 으로부터의 출력 전력의 주파수를 27.12MHz 로 하여, 액중 플라즈마 전극 (1') 에의 공급 전력을 0 내지 600W 로 조절하고, 내부에 플라즈마가 발생한 밀도가 높은 버블을 액체 (L) 내에 발생시켰다. 버블은, 방전 단면 (121) 으로부터 액체 (L) 내부에서 상승하였다. 각 전극에 대해, 플라즈마 방전이 발생한 고주파 전력의 값을 표 1 에 나타내었다.

[표 1]

-2d≤x≤2d 의 범위에 있는 #1-1 내지 #1-3 을 이용한 경우에는, 500W 이하의 전력으로, 수중에 플라즈마를 발생시키는 것이 가능하다. x=0 일 때의 플라즈마의 사이즈는, 폭 2.5mm, 높이 2.5mm 정도였다. 또한, 실시예 1 에서는, 전극 사이의 거리 D 를 일정 (2mm) 하게 하여 실험을 실시하였지만, 단면 (121) (방전 단면) 으로부터 제 2 전극 (4) 까지의 거리를 일정하게 하여도 본질적으로 결과 는 동일하였다.

또한, x=0 의 전극 (#1-3) 을 용기 내에 수평으로 설치 (도 4 의 위치에서 90° 회전한 위치) 하여 사용한 경우, 200W 의 전력 인가로 방전이 발생하였다.

[실시예 2]

실시예 2 에서는, 수산기를 포함하는 액체의 예로서, 액체 (L) 로 알콜을 사용하였다. 즉, 액체 (L) 을 에탄올, 용기내 압력을 100hPa 로 한 것 외에는, 실시예 1 과 유사하게 액중 플라즈마 발생 장치로 플라즈마를 발생시켰다. 이 때 사용한 액중 플라즈마 전극 (1') 은, x=1, x=0, x=-1 이되도록 용기 (3) 에 각각 결합하였다. 각 전극에 대해서, 방전이 발생한 고주파 전력 값을 표 2 에 나타내었다.

[표 2]

액체 (L) 가 에탄올이어도 플라즈마를 발생시키는 것이 가능하다. 또한, 방전 단면 (121) 이 기준면 (171) 으로부터 돌출해 있는 경우 (0<x) 또는 기준면 (171) 으로부터 들어가 있는 경우 (x<0) 에도 100W 의 전력 인가로 플라즈마가 발생하였다.

발생한 플라즈마는, 버블과 함께 이동하여, 액체 중에 유지된 제 2 전극 (4) 의 표면에 접촉하였다. 방전 종료 후에 제 2 전극 (4) 의 표면을 관찰할 때, 버블 내부에서 플라즈마 상태로 활성화된 탄소가 제 2 전극 (4) 의 표면에 증착된 것이 확인되었다.

[실시예 3]

도전 부재 (12) 의 직경을 1.5mm (d=1.5) 로 하고, 액체 (L) 를 에탄올, 전극 사이의 거리 (D) 를 3mm, 용기 내 압력을 100hPa 로 한 것 외에는, 실시예 1 과 유사하게 하여 액중 플라즈마 발생 장치로 플라즈마를 발생시켰다. 절연 부재 (17) 의 내경도 도전 부재 (12) 의 직경에 맞춰 1.5mm 로 변경했다. 이 때 이용한 액중 플라즈마 전극 (1') 은, x=±4, ±3, ±1, 0 이 되도록 용기 (3) 에 각각 결합하였다. 각 전극에 대해, 방전이 발생한 고주파 전력 값을 표 3 에 나타내었다.

[표 3]

x=4 인 #3-1 및 #3-7 에서는, 전력이 600W 에 도달하여도 플라즈마의 발생은 관찰되지 않았다. x=3 인 #3-2 및 #3-6 에서는, 500W 이하에서 플라즈마의 발생을 확인하였다. 또한, x=1 또는 x=0 으로 한 #3-3 내지 #3-5 에서는, 200W 에서 액체 중에 플라즈마를 발생시키는 것이 가능하였다. 즉, d 및 x 가 -2d≤x≤2d 를 만족하였기 때문에, 매우 큰 전력을 인가하지 않고서도 액체 중에서 플라즈마가 발생될 수 있었다. 또한 -d≤x≤d 이면, 플라즈마 발생에 필요한 전력이 감소될 수 있었다.

[실시예 4]

도전 부재 (12) 를 순동제 (C1011; 무산소동 (JIS)) 으로 직경을 4mm (d=4) 로 하고, 액체 (L) 를 테트라에톡시실란 (TOES), 전극 사이의 거리 (D) 를 3mm, 용기 내 압력을 50hPa 로 한 것 외에는, 실시예 1 과 유사하게 하여 액중 플라즈마 발생 장치로 플라즈마를 발생시켰다. 절연 부재 (17) 의 내경도 도전 부재 (12) 의 직경에 맞춰 변경하였다. 이 때 사용한 액중 플라즈마 전극 (1') 은, x=±1, 0 이 되도록 결합 하였다. 각 전극에 대해, 방전이 발생한 고주파 전력 값을 표 4 에 나타내었다.

[표 4]

액체 (L) 로서 TEOS 를 이용하여도, 플라즈마를 발생시키는 것이 가능하였다. 또한, 방전 단면 (121) 이 기준면 (171) 으로부터 돌출해 있는 경우 (0<x) 또는 기준면 (171) 으로부터 들어가 있는 경우 (x<0) 에도 200W 의 전력 인가로 플라즈마가 발생하였다.

[실시예 5]

도전 부재 (12) 를 순동제 (C1011) 로 직경을 0.3mm (d=0.3) 로 하고, 액체 (L) 를 에탄올, 전극 사이의 거리를 3mm, 용기 내 압력을 50hPa 로 한 것 외에는, 실시예 1 과 유사하게 하여 액중 플라즈마 발생 장치로 플라즈마를 발생시켰다. 절연 부재 (17) 의 내경도 도전 부재 (12) 의 직경에 맞춰 변경했다. 이 때 이용한 액중 플라즈마 전극 (1') 은, x=±0.5, 0 이 되도록 결합하였다. 각 전극에 대해, 방전이 발생한 고주파 전력 값을 표 5 에 나타내었다.

[표 5]

#5-1 내지 #5-3 에서는, d=0.3 이어도, x 의 값이 -2d≤x≤2d 의 범위이기 때문에, 150W 의 전력 인가로 에탄올 중에 플라즈마를 발생시키는 것이 가능하였다.

[실시예 6 내지 실시예 14]

본 실시예에서는, 액중 플라즈마 전극 (1) 의 형상을 변경하고, 도전 부재 및 절연 부재의 재료, 액체 (L) 의 종류, 전극 사이의 거리, 용기내 압력을 표 6 내지 표 14 에 나타낸 값으로 변경한 것 외에는, 실시예 1 과 유사하게 액중 플라즈마 발생 장치로 플라즈마를 발생시켰다. 이하, 각 실시예에서 사용한 액중 플라즈마 전극 (1'') 에 대해서 도 6 을 이용하여 설명한다.

이들 실시예의 액중 플라즈마 전극 (1'') 은, 금속제의 도전 부재 (13) 와 절연 부재 (18) 로 이루어진다. 도 6 은, 실시예 6 내지 실시예 14 의 액중 플라즈마 전극 (1'') 의 일예로서, 액중 플라즈마 전극 (1'') 의 축방향 단면도 (도 6 의 우측 도면) 및 축 방향에 수직 방향의 단면도 (도 6 의 좌측 도면) 이다. 도전 부재 (13) 로서, 순알루미늄 (A1050) 또는 순동 (C1011) 제로 x=0 일 때 30mm×10mm×2mm (d=2) 의 사이즈의 판상체 (135) 와 각주상의 유지체 (136) 를 사용하였다. 판상체 (135) 중 10mm×2mm 의 평탄한 단면 (131) 을 방전 단면으로 이용하였다. 단면 (131) 의 에지에는, R=0.2mm 의 모따기부 (132) 를 형성하였다. 단면 (131) 과 배향 (背向) 하는 타단부는, 그 중앙의 일부가, 유지체 (136) 의 폭 2mm 의 홈에 삽입되어 있다. 또한, 절연 부재 (18) 로서, 세라믹스제 또는 유리섬유 혼입 에폭시 수지제의 절연 커버를 사용하였다. 절연 커버는, 단면 (131) 을 적어도 제외하고, 도전 부재 (13) (판상체 (135) 및 유지체 (136)) 의 표면을 커버하도록 형성하였다. 전극 단부 (10') 에서, 절연 커버의 두께는 3mm 이다.

액중 플라즈마 전극 (1'') 의 전극 단부 (10'') 의 각각에서, 절연 부재 (18) 의 사이즈를 조정하여, 단면 (131) 과 대략 평행한 절연 부재의 단면을 기준면 (181) 으로 할 때, 기준면 (181) 으로부터 단면 (131) (방전 단면) 까지의 거리 x 를 결정한다. 이들 실시예에서, 기준면 (181) 으로부터 단면 (131) (방전 단면) 까지의 거리가 x=±4, ±3, ±2, ±1, 0 중 임의의 것이 되도록 액중 플라즈마 전극 (1'') 을 용기 (3) 에 결합하였다. 각 전극에 대해, 방전이 발생한 고주파 전력 값을 표 6 내지 표 14 에 나타내었다.

[표 6]

[표 7]

[표 8]

[표 9]

[표 10]

[표 11]

[표 12]

[표 13]

[표 14]

실시예 6 과 실시예 7 에서는, 절연 부재 (18) (절연 커버) 의 재료가 세라믹스와 에폭시 수지 사이에서 상이하다. 실시예 6 및 실시예 7 양자 모두에서, 전력이 600W 에 도달하기 전에 방전이 발생하였다. 그러나, 절연 부재 (18) 로서 에폭시 수지의 절연 커버를 사용한 실시예 7 에서, 저전력으로 더 효율 좋게 플라즈마를 발생시킬 수 있었다.

또한, 실시예 6 내지 실시예 8 에서는, -2d≤x≤2d 의 범위로 한 것으로서, 매우 큰 전력을 인가하지 않고서도 플라즈마가 액체 중에서 발생될 수 있었다. 또한, -d≤x≤d 이면, 플라즈마 발생에 필요한 전력이 저감될 수 있었다.

실시예 9 및 실시예 10 에서는, 액체 (L) 로서 에탄올을 사용하였지만, 에탄올 중에서도 플라즈마를 발생시킬 수 있었다.

실시예 12 및 실시예 13 은, 단면 (131) (방전 단면) 으로부터 제 2 전극 (4) 의 표면까지의 거리를 일정 (2mm) 하게 한 실시예이다. 이러한 조건에서도, x=6 에서는 전력이 600W 에 도달하여도 방전이 발생하지 않았지만, -2d≤x≤2d 와 또한 -d≤x≤d 의 범위에서, 과도하게 큰 전력을 인가하지 않고서도 액중 플라즈마를 발생시킬 수 있었다. 또한, 에폭시 수지의 절연 커버를 이용한 실시예 12 에서, 저전력으로 보다 효율 좋게 플라즈마를 발생시킬 수 있었다.

또한, 실시예 6 내지 실시예 14 에서는, 도전 부재 (13) 로서 순알루미늄 또는 순동을 사용하였지만, 어느 경우에 있어서도 양호하게 플라즈마를 발생시키는 것이 가능하였다. 또한, 실시예 14 와 같이 액체 (L) 가 수도물이어도, 양호하게 플라즈마를 발생시키는 것이 가능하였다.

발생한 플라즈마는, 버블과 함께 이동하여, 액체 중에 유지된 제 2 전극 (4) 의 표면에 접촉하였다. 또한, 실시예 6 내지 실시예 13 에서, 방전 종류 후에 제 2 전극 (4) 의 표면을 관찰했을 때, 버블의 내부에서 플라즈마 상태로 활성화된 탄소가 제 2 전극 (4) 의 표면에 선형으로 증착된 것이 확인되었다.

[실시예 15]

실시예 1 의 액중 플라즈마 전극 (1') 에서, 도전 부재 (12) 의 소재로서 다양한 금속 (구체적으로는, 고순도의 몰리브덴 (Mo), 은 (Ag), 알루미늄 (Al: A1050), 텅스텐 (W), 동 (Cu: C1011)) 을 사용하여 방전이 발생하는 전력의 비교를 실시한 결과를 표 15 에 나타내었다. 액중 플라즈마 전극 (1') 의 각각은, 도전 부재 (12) 의 직경을 d=0.7mm, 기준면 (171) 으로부터 단면 (121) (방전 단면) 까지의 거리를 x=2mm 로 하였다. 각 전극에 대해, 방전이 발생하는 고주파 전력 값을 표 15 에 나타내었다.

[표 15]

표 15 에 나타낸 바와 같이, 동이 가장 적은 전력으로 방전을 일으켰다. 은과 알루미늄이 사용될 때, 방전 종료 후, 액체 (L) (수도물) 에 성분이 용해되어, 은의 경우에는 수도물의 색이 검게 되고, 알루미늄의 경우에는 녹색이 되었다.

[실시예 16]

본 발명의 액중 플라즈마 발생 방법을 수용액에 적용한 실시예에 대해 설명한다. 본 실시예의 구성은, 액중 플라즈마 전극 (1') 에는, 도전 부재 (12) 로서 d=0.7 의 순동 (C1011) 을 사용하고, 액체 (L) 로서 NaCl 1% 수용액 또는 명반 (alum) 0.5% 수용액을 이용하고, 제 2 전극 (4) 은 액체 (L) 에 침지시키지 않았다 (이는 정합을 목적으로 한다) 는 것 외에는, 실시예 1 과 유사하다. 또한, 기준면 (171) 으로부터 단면 (121) (방전 단면) 까지의 거리를 x=-2mm 로 하였다.

액체 (L) 가 NaCl 수용액 또는 명반 수용액 어느 쪽인 경우에도, 250W 의 전력을 인가하여 방전이 시작되었다. 즉, 액체 (L) 가 수용액인 경우에도, 액체에서 방전을 얻을 수 있었다. 특히 NaCl 수용액에서는, Na 의 D 선인 오렌지 색의 발광이 관찰되었다.

[실시예 17]

본 발명의 액중 플라즈마 발생 방법을 물질의 분해에 적용한 실시예에 대해 설명한다. 본 실시예에서는 식용 색소의 분해에 대해 나타낸다. 본 실시예의 구성은, 액중 플라즈마 전극 (1') 에는, 도전 부재 (12) 로서 d=2.8 의 순동 (C1011) 을 사용하고, 액체 (L) 로서 0.1g/L 의 농도의 녹색 (청색 1 호 1%, 황색 4 호 3.5%, 전분 94%) 또는 적색 (적색 102 호 10%, 전분 90%) 의 색소를 포함하는 수용액을 300cc 사용한 것 외에는, 실시예 1 과 유사하다. 또한, 기준면 (171) 으로부터 단면 (121) (방전 단면) 까지의 거리를 x=2mm 로 하였다.

녹색 색소의 경우에는, 500W 로 녹색 색소를 포함하는 액체 (L) 가 방전하였고, 500W 를 3 분간 인가 (반사 200W) 하여 액체 (L) 가 방전에 노출되었다. 반응 전과 비교하면, 반응 후의 수용액의 색은 엷게 되고, 색조도 변했다. 이 변화를 정량적으로 밝히기 위해, 흡광 분석을 실시하였다. 그 결과를 도 7 에 나타내었다. 630nm 부근의 피크의 높이는 45% 감소하였고, 이는 대응하는 화학 물질이 45% 분해된 것을 나타낸다. 410nm 부근의 피크도 매우 작게 되었고, 이를 통해 410nm 에 대응하는 화학 물질이 630nm 부근의 피크에 대응하는 화학 물질 (청색) 보다 빠르게 반응한다는 것이 명백하다.

한편, 적색 색소의 경우는 300W 를 3 분간 인가하고 (반사 100W), 수용액을 방전에 노출시켰다. 반응 전후의 흡광 스펙트럼은 도 8 과 같다. 반응 전의 피크 (508nm, 0.342Abs) 는 반응 후에 작게 되었고 (0.194Abs), 장파장측으로 시프트되었다. 이 시프트는 탈수소 등에 의한 켤레계의 확장 (dilation of a conjugate system) 등의 구조 변화를 시사한다. 전술한 바와 같이, 조건을 제어함으로써, 본 발명은 화학 반응기로서 사용될 수 있다.

산업상 이용가능성

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액중 플라즈마 전극, 액중 플라즈마 발생 장치 및 액중 플라즈마 발생 방법은, 물 및 알콜 등의 도전성의 액체를 포함하는 넓고 다양한 범위의 액체 중에서 고에너지의 플라즈마를 발생시키는 것이 가능하다. 즉 본 발명은, 화학 증착, 화학 반응기, 유해 물질의 분해로로서 적용될 수 있다.

또한, 본 발명의 액중 플라즈마 발생 방법에 의하면, 액체 내에는 고온·고에너지의 플라즈마가 발생함에도 불구하고, 플라즈마는 열용량이 큰 액체에 의해 둘러싸이기 때문에, 내열성이 낮은 재료의 표면에의 증착 가공에 이용될 수 있다.

Claims

액체 중에서 플라즈마를 발생시키는 액중 플라즈마 전극으로서,

상기 액체와 접촉하는 방전 단면을 갖는 도전 부재; 및 적어도 상기 방전 단면은 제외하고 상기 도전 부재의 외주를 커버하는 절연 부재를 갖는 것을 특징으로 하는 액중 플라즈마 전극.
제 1 항에 있어서,

상기 방전 단면을 갖는 상기 도전 부재의 도전 단부는 원형 또는 직사각형의 단면을 갖고,

그 단면의 단축 또는 단변 길이를 d, 상기 방전 단면과 평행한 상기 절연 부재의 단면을 기준면으로 할 때 그 기준면으로부터 상기 방전 단면을 포함한 면까지의 거리를 x 라 할 때, d 및 x 는 -2d≤x≤2d 를 만족하는, 액중 플라즈마 전극.
제 2 항에 있어서,

상기 d 및 상기 x 는, -d≤x≤d 를 만족하는, 액중 플라즈마 전극.
제 1 항에 있어서,

상기 방전 단면과 평행한 상기 절연 부재의 단면을 기준면으로 할 때 그 기준면으로부터 상기 방전 단면을 포함하는 면까지의 거리를 x 라 할 때,

x 는, -1≤x≤1 (단위는 mm) 을 만족하는, 액중 플라즈마 전극.
제 4 항에 있어서,

상기 도전 부재의 도전 단부의 단면은, 완전 원형 또는 장방형인, 액중 플라즈마 전극.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 x 는, x<0 을 만족하는, 액중 플라즈마 전극.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 x 는, x=0 을 만족하는, 액중 플라즈마 전극.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 x 는, 0<x 을 만족하는, 액중 플라즈마 전극.
액체를 담는 용기;

상기 액체와 접촉하는 방전 단면을 갖는 도전 부재와, 적어도 상기 방전 단면은 제외하고 상기 도전 부재의 외주를 커버하는 절연 부재를 갖고, 액중 플라즈마 전극의 단부가 적어도 상기 용기 내에 배치되는 상기 액중 플라즈마 전극; 및

적어도 상기 도전 부재에 전력을 공급하는 고주파 전원을 갖는 것을 특징으로 하는 액중 플라즈마 발생 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 액중 플라즈마 전극의 단부와 대향하는 제 2 전극을 추가로 갖는, 액중 플라즈마 발생 장치.
액체 중에서 플라즈마를 발생시키는 액중 플라즈마 발생 방법으로서,

상기 액체와 접촉하는 방전 단면을 갖는 도전 부재와, 적어도 상기 방전 단면은 제외하고 상기 도전 부재의 외주를 커버하는 절연 부재를 갖는 액중 플라즈마 전극에, 고주파 전원에 의해 전력을 공급하는 단계를 포함하는 방법을 특징으로 하는 액중 플라즈마 발생 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 액체로서 물을 포함하는 재료가 사용되는, 액중 플라즈마 발생 방법.