マイクロ流体界面へのシート状反応性プラズマ形成の検証

摘要

大気圧プラズマは、微小領域に高密度なプラズマを形成でき、寸法としてMEMSとの組み合わせに適しており、構造の工夫により小型化や省電力化などの高機能化や新機能の創発が期待される［1］。我々は、誘導結合型マイクロプラズマのMEMS化に取り組hできた。点火が難しい問題に対して、浮遊電極の導入が電界の集中を促し、点火を促進する原理的な解決となることを見い出した［2-3］。MEMS化した上で大気圧プラズマの特徴を引き出すにはデザイン上の工夫が重要となる［4］。浮遊電極の一部のみがガス流路内に挿入されたデザインからなる、点火に有利な電極形状を考案し、MEMSプラズマ源を実現した。微細加工によって用意した、幅や深さがサブmm以下のマイクロ流路内にて大気圧プラズマを形成できる。小さなマイクロ流路内部を流れる流体は、代表長さLが小さくなるため、レイノルズ数が小さくなり、層流が安定化され易い［5］。そこで、図1のようなY形合流路を組み合わせることを考える。大気圧プラズマを発生する放電ガスと基底状態にある反応ガスの2種を導入する。両者の界面では、放電ガスが反応ガスと接して、基底状態の反応ガスにエネルギーを与えるため、反応性プラズマが生成されること、さらに2種のガス流れは層流を維持するためプラズマ領域はシート状になることが予想される。より詳細な考察を図2の模式図で説明する。