実験/量産用 プラズマ・真空装置メーカーのアリオス株式会社 「液中プラズマQ&A」

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液中プラズマQ&A

Q1:液中プラズマでナノ粒子が作成できる原理は?

マイクロ波液中プラズマ では、ナノ粒子の作り方は二つあります。
一つは、溶媒に金属塩を溶かし、これをプラズマで還元する方法です。プラズマによる還元作用はプラズマから発生するプロトン、電子によると考えられています。
もう一つは、電極材料を目的の金属で作成し、プラズマの熱でこれを蒸発、液で急速冷却しナノ粒子を得る方法です。この方法では、金属塩を使う場合よりも小さな粒子を得ることができ、また、粒子が結晶化する可能性があります。 いずれも、溶液中で酸化してしまう場合は、溶液に酸化を防止する薬品を入れるなどの対策が必要になります。

Q2:ナノ粒子が凝集してしまいませんか?

通常、界面活性剤、ポリビニールピロリドン、ゼラチンなどを分散剤として用いて分散を維持させます。
分散剤の種類および量は、後工程での処理に影響を与える場合がありますので、この点を十分に考慮して決める必要があります。当社には、多少の知見がありますので、ご相談下さい。

Q3:ナノ粒子製造法として、液中プラズマのメリットは?

金属塩を還元する場合は、高速性が期待できます。
たとえば、硫酸銅から銅ナノ粒子を製造する場合は、弊社実績で10g/hぐらいの速度が出ます。
また、コストパフォーマンスにも優れます。
還元に使用するのは、プラズマを維持するための電力ですが、これはほぼ家庭用電子レンジと同じぐらいですので、1時間あたりの電力料金は、20~25円ぐらいです。
これで単純計算すれば処理コストは、数千円/kg という数字が出ます。他に薬品代、メンテナンスなどがかかりますが、競争力のあるコストパフォーマンスをご理解いただけると思います。

Q4:マイクロ波 は危険ではありませんか?

使用しているマイクロ波の周波数および電力は、家庭用電子レンジと同等です。
多くのご家庭に電子レンジがあり、事故を起こさずに使えていることからわかるように、ことマイクロ波については安全に使える技術がほぼ確立されています。 ビーカーを使うような開放的な環境でも、装置外では法定限度以下になっています。金属製のリアクターを使う場合はこれで遮蔽されます。装置のデザインは、お客様によっては特殊な形状になる場合がありますので、必要に応じて対応しています。

Q5:電極金属がコンタミしませんか?

マイクロ波液中プラズマでは、電極にセラミックをかぶせて金属部分が露出しない構造 (無電極化) が可能です。
これによって金属汚染を防止できますが、無電極の場合は減圧する必要があります。圧力を、50k~10kPa程度に設定します。ハンディタイプの小さなダイヤフラムポンプで使用可能です。

Q6:デモ可能ですか? サンプル作成をお願いできますか?貸し出しできますか?

デモは特別なご要求がない限り、基本的に無償です。特別なご要求がある場合は、別途ご相談下さい。
サンプル作成は消耗部品、輸送費および人件費などの発生があるため、有償でお願いしております。
貸し出しは現在承っておりません。

Q7:ナノ粒子製造以外にどんなことができますか?

造粒による金属の沈殿が行えること、酸化作用があることなどから、水質浄化への応用が考えられます。
有機物の分解に関しては、当社内の実験では期待されるような速度が出せておりませんが、触媒などの添加により実用的な効果が認められる用途もあるのではと考えております。

Q8:粒径制御はできますか?

硫酸銅からの金属銅ナノ粒子製造では、硫酸銅、分散剤そして還元剤の量及び種類により、50~350nm 程度の範囲で粒径制御ができることを確認しています。他のナノ粒子に関しても、同様な手法での粒径制御が可能であると考えています。

ご相談は、スパッタ,CVD,ダイヤモンド,各種成膜装置のプラズマ・真空技術の専門メーカーのアリオスへ。

発表論文等

1.Tetsu Yonezawa, Atsushi Hyono, Susumu Sato, Osamu Ariyada, “Preparation of Zinc Oxide Nanoparticles by Using Microwave-induced Plasma in Liquid” Chem. Lett. 2010, 39, 783-78
2.Susumu Sato, Kunihiko Mori, Osamu Ariyada, Hyono Atsushi, Tetsu Yonezawa, “Synthesis of nanoparticles of silver and platinum by microwave-induced plasma in liquid ” Surface and Coatings Technology,206 (2011) 955–958
3.成島隆, 吉岡隆幸, 宮崎英機, 菅育正, 佐藤進, 米澤徹、”マイクロ波液中プラズマ法による銅微粒子の合成” 日本金属学会誌2012年4月号229-233 http://www.jim.or.jp/journal/j/76/04/229-233.html

サポイン報告書

1.金属担持触媒の製造について
http://www.chusho.meti.go.jp/keiei/sapoin/portal/seika/2010/22131318032.pdf
白金担持触媒をマイクロ波液中プラズマで製造し、燃料電池セルを組立て発電効率で有効性を実証しました。

2.印刷配線用銅ナノ粒子製造について
http://www.chusho.meti.go.jp/keiei/sapoin/portal/seika/2010/22110103011.pdf
銅ナノ粒子をマイクロ波液中プラズマで製造し、これをインク化し、インクジェットプリンタで印刷配線し、使用可能であることを実証しました。

特許について

これらは、特許情報プラットフォーム でご覧頂くことが出来ます。
特願2011-041429 金属回収方法及び金属回収装置
特願2009-210313 液中プラズマ処理装置、金属ナノ粒子製造方法及び金属担持物製造方法
特願2009-210312 金属担持物製造装置及び金属担持物製造方法
特願2009-032777 酸性水製造方法及び酸性水製造装置
特願2008-298036 ナノ粒子製造装置及びナノ粒子製造方法

液中プラズマ関連ページ

資料館:液中プラズマ
資料館:マイクロ波液中プラズマによる白金担持触媒製造