JP3599148B2

JP3599148B2 - Plasma generating method, plasma generating apparatus and plasma generating element

Info

Publication number: JP3599148B2
Application number: JP21761896A
Authority: JP
Inventors: 泰宣井上; 勝敏野崎
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1996-08-19
Filing date: 1996-08-19
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2016-08-19
Also published as: JPH1064698A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマ発生方法，プラズマ発生装置およびプラズマ発生素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来，排気ガス処理において，プラズマを利用することが知られている（例えば，特開平５−２３７３３７号公報，同６−１７８９１４号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来法によると比較的煩雑なプラズマ発生装置を必要とし，この点改良が望まれていた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は簡単な手段により容易にプラズマを発生させることが可能な前記プラズマ発生方法を提供することを目的とする。
【０００５】
前記目的を達成するため本発明によれば，単分極処理した強誘電体およびその強誘電体の表面に相対向するように密着させた一対の電極を有し，且つ前記強誘電体は通電方向と交差する分極軸を持つプラズマ発生素子を用い，前記両電極間に交流電圧を印加して前記強誘電体に，通電方向と交差する方向の共振波を生起させることにより，前記両電極の前記強誘電体との境界にプラズマを発生させるプラズマ発生方法が提供される。
【０００６】
前記方法によれば，簡単な構造を有するプラズマ発生素子を用いて，簡単な操作を行うことにより容易にプラズマを発生させることができる。このようにして得られるプラズマは，排気ガスの処理，殺菌や消毒に用いられるオゾンの合成，各種有機および無機化合物の合成，発光体等に利用される。
【０００７】
また本発明は簡単な構造を備えた前記プラズマ発生装置を提供することを目的とする。
【０００８】
前記目的を達成するため本発明によれば，単分極処理した強誘電体およびその強誘電体の表面に相対向するように密着させた一対の電極を有し，且つ前記強誘電体は通電方向と交差する分極軸を持つプラズマ発生素子と，前記強誘電体に，通電方向と交差する方向の共振波を生起させるべく，前記両電極間に交流電圧を印加する電源とより構成されるプラズマ発生装置が提供される。
【０００９】
この装置を用いることによって前記プラズマ発生方法を容易に実施することが可能である。またプラズマ発生素子を小型で，且つハンディなプラズマトーチ型に構成することが可能であるから，例えば任意の場所に在る任意の箇所をエッチングしたり，排気ガスの処理やオゾン合成による消毒を行う場合等に便利である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１，２において，プラズマ発生素子１は，単分極処理（ポーリング）した強誘電体２と，その強誘電体２の表面に相対向するように密着させた一対の電極３，４とを有する。図示例では，強誘電体２は長方形の板状をなし，両電極３，４は板状強誘電体２の両平面（表面）５，６に，それら平面５，６の一部を露出させてそれぞれ密着している。この場合，両平面５，６の全周縁に亘るように枠状露出面７，８が形成されている。この枠状露出面７，８はプラズマ発生のために必要であり，また両電極３，４間の短絡を回避する作用もなす。
【００１１】
強誘電体２の分極軸ａは通電方向，図示例では強誘電体２の厚さ方向ｂと交差している。この場合，図３に示すように分極軸ａと厚さ方向ｂとの交角θはθ＜９０°，またはθ＝９０°である。
【００１２】
強誘電体２の構成材料としては，自発分極が大きく，またキュリー温度が高く，さらに電気機械結合定数の大きい結晶が望ましい。この種の構成材料には，（ａ）ニオブ酸リチウム型化合物，例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３），タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）等；（ｂ）ペロブスカイト型化合物，例えばチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３），チタンジルコン酸鉛〔Ｐｂ（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｏ_３〕およびその鉛とアルカリ土類金属の置換体，亜鉛ニオブ酸鉛〔Ｐｂ（Ｚｎ，Ｎｂ）Ｏ_３〕等；（ｃ）タングステン・ブロンズ型化合物（例えばバリウムニオブ酸ナトリウム（ＮａＢａ_２Ｎｂ_５Ｏ_１５），リチウムニオブ酸カリウム（Ｋ_３Ｌｉ_２Ｎｂ_５Ｏ_１５）等が該当する。これらは単結晶体，焼結体等として用いられる。
【００１３】
単結晶体の場合，強誘電体２の切出し方によって，その分極軸ａの方向を交角θがθ＜９０°，またはθ＝９０°となるように設定することができるが，焼結体の場合は焼結後の単分極処理により分極軸ａの方向を定めるので，その方向は交角θ＝９０°となる方向に限定される。
【００１４】
各電極３，４の構成材料としては電気伝導度の高い金属，例えばＡｌ，Ｃｕ等が用いられる。またプラズマ発生素子を有機化合物等の合成に利用する場合には両電極３，４の少なくとも一方は触媒作用を有する金属，例えば，Ｐｔ，Ｐｄ等より構成される。排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の処理において，その窒素酸化物分解用触媒であるＰｄを電極用構成材料として用いると好結果が得られる。各電極３，４の厚さは５０〜１０００ｎｍが適当である。強誘電体２に対する電極３，４の密着手段としては真空蒸着法，スパッタリング等の気相メッキ法，スクリーン印刷等が適用される。
【００１５】
図４にも示すように両電極３，４にはリード線９，１０が銀ペースト等の導電性接着剤１１を介して取付けられる。一方のリード線９は電源１２に，他方のリード線１０は接地１３される。電源１２は，低周波数の交流電圧（サイン波）を発生し得る信号発生器（ファンクションジェネレータ）１４と，その低周波数の交流電圧を増幅する増幅器１５とよりなる。これらプラズマ発生素子１および電源１２はプラズマ発生装置１６を構成する。
【００１６】
プラズマを発生させるためには，例えば大気圧下において，信号発生器１４より低周波数の交流電圧を発生させ，それを増幅器１５により増幅して，室温下のプラズマ発生素子１の両電極３，４間に印加する。そして図５に示すように，強誘電体２における長さ方向ｃの共振周波数の印加交流電圧において，その印加交流電圧を徐々に上昇させると，強誘電体２に，その長さ方向ｃにおいて，厚さ方向ｂ（図１，２も参照）と交差する方向の共振波が生起され，これにより両電極３，４の長さ方向ｃ（便宜上，強誘電体２の長さ方向と同一符号を用いる。）において，強誘電体２との境界にプラズマｐが相対向するように発生する。
【００１７】
一方，図６に示すように，強誘電体２における幅方向ｄの共振周波数の印加電圧において，その印加電圧を徐々に上昇させると，今度は強誘電体２に，その幅方向ｄにおいて，厚さ方向ｂと交差する方向の共振波が生起され，これにより両電極３，４の幅方向ｄ（便宜上，強誘電体２の幅方向と同一符号を用いる。）において，強誘電体２との境界にプラズマｐが相対向するように発生する。
【００１８】
このように，前記プラズマ発生装置１６によれば，大気圧下にてプラズマを発生させることができる。ただし，プラズマの発生効率を高めるためには減圧下の方が良い。
〔実施例〕
次のようなプラズマ発生素子１の例１を製作し，これをプラズマ発生装置１６に組込んだ。
【００１９】
図１，５において，強誘電体２：幅ｄ_１が１４ｍｍ，長さｃ_１が４４ｍｍ，厚さｂ_１が０．５ｍｍで，且つ分極軸ａが厚さ方向ｂと交差した１２８°回転ＹカットＬｉＮｂＯ_３単結晶板（交角θ＜９０°）；両電極３，４：幅ｄ_２が１０ｍｍ，長さｃ_２が４０ｍｍのＰｄよりなる真空蒸着膜で，厚さは１００ｎｍ；枠状露出面７，８：強誘電体２の長さ方向ｃにおける幅ｄ_３が２ｍｍ，その幅方向ｄにおける幅ｄ_４が２ｍｍ．
大気圧下において，両電極３，４間に周波数６６ｋＨｚの交流電圧を印加したところ，室温下の強誘電体２に，その長さ方向ｃにおいて，厚さ方向ｂと交差する方向の共振波が生起され，これにより図５に示すようなプラズマｐが発生した。また大気圧下において，両電極３，４間に周波数１８０ｋＨｚの交流電圧を印加したところ，室温下の強誘電体２に，その幅方向ｄにおいて，厚さ方向ｂと交差する方向の共振波が生起され，これにより図６に示すようなプラズマｐが発生した。これら周波数６６ｋＨｚおよび１８０ｋＨｚの場合における交流電圧は６０〜８０Ｖ，また交流電流は１５０〜２５０ｍＡである。
【００２０】
プラズマ発生素子１の例１をチャンバ内に設置し，ガスとしてのＨｅ，ＣＯ，Ｏ_２，Ｈ_２，ＮＯ，Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ等をチャンバ内に導入して前記同様の操作を行ったところ，各ガスについて前記同様にプラズマｐの発生が認められた。これは，前記ガスの２以上の混合ガスについても同様であった。
【００２１】
また各ガス（大気を含む）の圧力を減圧状態に設定して前記同様のプラズマｐを発生させたところ，ガス圧１Ｔｏｒｒ以上においてプラズマｐの発生が認められた。これにより，ガス圧１〜７６０（１気圧）Ｔｏｒｒにおいてプラズマｐが発生し，また大気圧下よりも減圧状態の方がプラズマｐの発生効率が高いことが確認された。
【００２２】
図１，５において，強誘電体２の幅ｄ_１が５ｍｍであり，また両電極３，４の幅ｄ_２が３ｍｍである，ということ以外は前記例１と同一であるプラズマ発生素子１を用いる場合，大気圧下において図５のように長さ方向ｃのプラズマｐを発生させるためには両電極３，４への印加電圧の周波数は６６ｋＨｚに設定される。一方，大気圧下において図６のように幅方向ｄのプラズマｐを発生させるためには，前記周波数は５３７ｋＨｚに設定される。これら周波数６６ｋＨｚおよび５３７ｋＨｚの場合における交流電圧は６０〜８０Ｖ，また交流電流は１００〜１６０ｍＡである。
【００２３】
前記強誘電体２において，その縦，横の長さが１４ｍｍ（つまり正方形）であり，また枠状露出面７，８の幅ｄ_３，ｄ_４がその全周に亘ってｄ_３，ｄ_４≒２ｍｍである，ということ以外は前記例１と同一であるプラズマ発生素子１の例２を用い，大気圧下にて前記同様のプラズマ発生操作を行ったところ，両電極３，４間の印加電圧の周波数が１８６ｋＨｚのとき両電極３，４の縦および横方向における強誘電体２との境界，つまり両電極３，４の四辺にプラズマｐの発生が認められた。この場合，交流電圧は６０〜８０Ｖ，また交流電流は１００〜１６０ｍＡである。
【００２４】
前記のように，共振周波数は，強誘電体２の寸法に大きく依存するので，プラズマｐを発生させるためには，その強誘電体２の寸法に見合った共振周波数が選定される。
【００２５】
以下，プラズマ発生装置１６を窒素酸化物であるＮＯガスの分解に用いた応用例について説明する。このＮＯガスは，例えば自動車の排気ガス中に含まれる。〔応用例１〕
図７に示すように，前記プラズマ発生素子１の例１を，閉鎖循環反応装置１７のチャンバ１８内に収容して，その例１を図示しない支持部材により支持し，またＮＯガスを入口１９からチャンバ１８内を経て出口２０に至るように循環させた。そして，ＮＯガス循環開始から１時間経過後（この条件は後述する他の応用例において同じである）において，プラズマ発生素子１の例１およびＮＯガスの温度：１００℃；ＮＯガス圧（チャンバ１８内圧力）：５Ｔｏｒｒ；交流電圧の周波数：６６ｋＨｚ；交流電流：８１ｍＡ；交流電圧：６０Ｖの条件で，プラズマｐを発生させると共に両電極３，４，つまりＰｄを触媒として使用し，これによりＮＯの分解状況を調べた。このテスト中において，強誘電体２の温度は１３２℃に上昇し，その温度で一定となった。
【００２６】
表１および図８は前記テスト結果を示す。なお，ＮＯガス量，Ｎ_２ガス量およびＯ_２ガス量の測定はそれぞれガスクロマトグラフィにより行われた。これは後述する他の応用例において同じである。
【００２７】
【表１】

【００２８】
表１，図８から明らかなように，生成ガスにおけるＮ_２ガスとＯ_２ガスの化学量論比は１対１であり，これにより供給ＮＯガスの略全体が分解されていることが判明した。これは，強誘電体２における共振波の発生によりＰｄが活性化され，また発生プラズマｐがＮＯガス分解作用を発揮したことに起因する。
〔応用例２〕
両電極３，４の材質および交流電流値を変えた，ということ以外は応用例１と同一条件にてＮＯガスの分解を行ったところ，表２の結果を得た。
【００２９】
【表２】

【００３０】
表２より，両電極３，４をＣｕ，Ａｌより構成すると，比較的良好な結果が得られることが判る。Ａｇの場合は活性が低い。
〔応用例３〕
前記プラズマ発生素子１の例２を用い，また交流電圧の周波数を１８６ｋＨｚに，また交流電流を１１３ｍＡに，ＮＯガスの供給量を３０５μｍｏｌにそれぞれ設定した，ということ以外は応用例１と同一条件にてＮＯガスの分解を行ったところ，図９の結果を得た。このテスト中において，強誘電体２の温度は最初１７６℃に上昇したが，次いで１４６℃に下降し，その後１３６℃まで下降してその温度で一定となった。
【００３１】
図９から明らかなように，この例においても応用例１と同様の結果が得られることが判る。
〔応用例４〕
触媒を用いる窒素酸化物（ＮＯｘ，主としてＮＯガス）の分解においては，Ｏ_２ガスが存在すると触媒の活性が消失することが知られている。そこで，Ｏ_２ガスによるＮＯガス分解に対する阻害効果を調べるため，ＮＯガスにＯ_２ガスを予め混在させた状態でＮＯガスの分解を行った。
【００３２】
テスト条件は，プラズマ発生素子１の例２の温度：１００℃；ＮＯガス圧：５Ｔｏｒｒ；Ｏ_２ガス圧：１０Ｔｏｒｒ；交流電圧の周波数：１８６ｋＨｚ；交流電流：１９７ｍＡ；交流電圧：６０Ｖに設定された。このテスト中において，強誘電体２の温度は最初１９１℃に上昇したが，次いで１６５℃に下降してその温度で一定となった。
【００３３】
図１０はテスト結果を示す。図１０においてＮＯガス量が現出しないのは，ＮＯガスはＯ_２ガスの存在下で容易にＮＯ_２ガスに酸化され，そのＮＯ_２ガスの検出はガスクロマトグラフィでは困難であるからである。
【００３４】
図１０において，プラズマｐ発生後Ｎ_２ガス量およびＯ_２ガス量が急激に上昇することから，ＮＯ_２ガスの分解が略完全に行われていることが明らかである。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば，簡単な手段により容易にプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生方法を提供することができる。
【００３６】
また請求項２記載の発明によれば，簡単な構造を備えたプラズマ発生装置を提供することができる。
【００３７】
さらに請求項３，４記載の発明によれば，プラズマ発生方法の実施に用いられ，またプラズマ発生装置の構成部品である構造簡単なプラズマ発生素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】プラズマ発生素子の斜視図である。
【図２】プラズマ発生素子の側面図である。
【図３】厚さ方向と分極軸との関係を示す説明図である。
【図４】プラズマ発生装置の概略図である。
【図５】プラズマ発生状態の一例を示す説明図である。
【図６】プラズマ発生状態の他例を示す説明図である。
【図７】閉鎖循環反応装置とプラズマ発生装置を組合わせた場合の概略図である。
【図８】経過時間とＮＯガス量，Ｎ_２ガス量およびＯ_２ガス量との関係の一例を示すグラフである。
【図９】経過時間とＮＯガス量，Ｎ_２ガス量およびＯ_２ガス量との関係の他例を示すグラフである。
【図１０】経過時間とＮＯガス量，Ｎ_２ガス量およびＯ_２ガス量との関係のさらに他例を示すグラフである。
【符号の説明】
１プラズマ発生素子
２強誘電体
３，４電極
５，６平面（表面）
１２電源
ａ分極軸
ｂ厚さ方向（通電方向）
ｃ長さ方向
ｄ幅方向
ｐプラズマ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma generation method, a plasma generation device, and a plasma generation element.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, it is known to use plasma in exhaust gas processing (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 5-237337 and 6-178914).
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional method requires a relatively complicated plasma generator, and improvement in this respect has been desired.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a plasma generation method capable of easily generating plasma by simple means.
[0005]
According to the present invention, there is provided a ferroelectric material subjected to monopolarization treatment and a pair of electrodes closely contacted with the surface of the ferroelectric material, wherein the ferroelectric material has A plasma generating element having a polarization axis intersecting with the electrode, and applying an AC voltage between the two electrodes to generate a resonance wave in the ferroelectric material in a direction intersecting the direction of current flow, thereby forming the two electrodes. A plasma generation method for generating plasma at a boundary with a ferroelectric is provided.
[0006]
According to the above method, plasma can be easily generated by performing a simple operation using a plasma generating element having a simple structure. The plasma obtained in this manner is used for processing exhaust gas, synthesizing ozone used for sterilization and disinfection, synthesizing various organic and inorganic compounds, and emitting light.
[0007]
Another object of the present invention is to provide the plasma generator having a simple structure.
[0008]
According to the present invention, there is provided a ferroelectric material subjected to monopolarization treatment and a pair of electrodes closely contacted with the surface of the ferroelectric material, wherein the ferroelectric material has A plasma generating element having a polarization axis intersecting with the electrode, and a power supply for applying an AC voltage between the two electrodes so as to generate a resonance wave in the ferroelectric in a direction intersecting the direction of current flow. An apparatus is provided.
[0009]
By using this apparatus, the above-described plasma generation method can be easily performed. In addition, since the plasma generating element can be configured in a small and handy plasma torch type, for example, an arbitrary location in an arbitrary location is etched, or an exhaust gas is treated or disinfected by ozone synthesis. It is convenient in cases.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In FIGS. 1 and 2, the plasma generating element 1 has a ferroelectric substance 2 that has been subjected to a monopolarization treatment (poled), and a pair of

electrodes

3 and 4 that are brought into close contact with the surface of the ferroelectric substance 2. . In the illustrated example, the ferroelectric substance 2 has a rectangular plate shape, and the

electrodes

3 and 4 are exposed on both planes (surfaces) 5 and 6 of the plate-shaped ferroelectric substance 2 and a part of the

planes

5 and 6 are exposed. Are in close contact with each other. In this case, the frame-shaped exposed

surfaces

7 and 8 are formed so as to cover the entire peripheral edges of the two

planes

5 and 6. The frame-shaped exposed

surfaces

7 and 8 are necessary for plasma generation, and also have an action of avoiding a short circuit between the

electrodes

3 and 4.
[0011]
The polarization axis a of the ferroelectric 2 intersects with the direction of conduction, in the illustrated example, the thickness direction b of the ferroelectric 2. In this case, as shown in FIG. 3, the intersection angle θ between the polarization axis a and the thickness direction b is θ <90 ° or θ = 90 °.
[0012]
As a constituent material of the ferroelectric 2, a crystal having a large spontaneous polarization, a high Curie temperature, and a large electromechanical coupling constant is desirable. Such constituent materials include (a) lithium niobate type compounds, such as lithium niobate (LiNbO ₃ ) and lithium tantalate (LiTaO ₃ ); and (b) perovskite type compounds, such as barium titanate (BaTiO ₃ ). , Lead titanium zirconate [Pb (Ti, Zr) O ₃ ] and its substitutes with lead and alkaline earth metals, lead zinc niobate [Pb (Zn, Nb) O ₃ ], etc .; (c) tungsten bronze type Compounds (eg, sodium barium niobate (NaBa ₂ Nb ₅ O ₁₅ ), potassium lithium niobate (K ₃ Li ₂ Nb ₅ O ₁₅ ), etc.) are used, and are used as single crystals, sintered bodies, and the like.
[0013]
In the case of a single crystal, the direction of the polarization axis a can be set so that the intersection angle θ is θ <90 ° or θ = 90 ° depending on the cutting method of the ferroelectric substance 2. In this case, the direction of the polarization axis a is determined by monopolarization after sintering, so that the direction is limited to the direction in which the intersection angle θ = 90 °.
[0014]
As a constituent material of each of the

electrodes

3 and 4, a metal having high electric conductivity, such as Al or Cu, is used. When the plasma generating element is used for synthesizing an organic compound or the like, at least one of the

electrodes

3 and 4 is made of a metal having a catalytic action, for example, Pt, Pd or the like. In the treatment of nitrogen oxides (NOx) in exhaust gas, good results can be obtained by using Pd, which is a catalyst for decomposing nitrogen oxides, as a constituent material for electrodes. The appropriate thickness of each of the

electrodes

3 and 4 is 50 to 1000 nm. As a means for bringing the

electrodes

3 and 4 into close contact with the ferroelectric 2, a vapor deposition method such as a vacuum evaporation method, a sputtering method, or screen printing is applied.
[0015]
As shown in FIG. 4,

lead wires

9 and 10 are attached to both

electrodes

3 and 4 via a conductive adhesive 11 such as silver paste. One lead wire 9 is connected to a power supply 12 and the other lead wire 10 is grounded 13. The power supply 12 includes a signal generator (function generator) 14 that can generate a low-frequency AC voltage (sine wave) and an amplifier 15 that amplifies the low-frequency AC voltage. The plasma generating element 1 and the power supply 12 constitute a plasma generator 16.
[0016]
In order to generate plasma, for example, an AC voltage having a low frequency is generated from the signal generator 14 under the atmospheric pressure, and the AC voltage is amplified by the amplifier 15 and both

electrodes

3 and 4 of the plasma generating element 1 are kept at room temperature. Apply between. Then, as shown in FIG. 5, when the applied AC voltage is gradually increased at the applied AC voltage having the resonance frequency in the length direction c in the ferroelectric material 2, the A resonance wave is generated in a direction intersecting the thickness direction b (see also FIGS. 1 and 2), whereby the length direction c of the two electrodes 3 and 4 (for convenience, the same sign as the length direction of the ferroelectric 2 is used). Used), the plasma p is generated so as to face the boundary with the ferroelectric 2.
[0017]
On the other hand, as shown in FIG. 6, when the applied voltage is gradually increased at the applied voltage of the resonance frequency in the width direction d in the ferroelectric material 2, the thickness of the ferroelectric material 2 in the width direction d is increased. In the width direction d of the electrodes 3 and 4 (for convenience, the same sign as the width direction of the ferroelectric 2 is used), a resonance wave is generated in a direction intersecting with the ferroelectric 2. The plasma p is generated so as to face the boundary.
[0018]
As described above, according to the plasma generator 16, plasma can be generated under the atmospheric pressure. However, it is better to reduce the pressure in order to increase the plasma generation efficiency.
〔Example〕
The following Example 1 of the plasma generating element 1 was manufactured, and this was incorporated in the plasma generator 16.
[0019]
In Figure 1, 5, ferroelectric 2: width _{d 1} is 14 mm, length _{c 1} is 44 mm, a thickness _{b 1} is 0.5 mm, and the polarization axis a is the thickness direction b and crossed 128 ° rotated Y Cut LiNbO ₃ single crystal plate (intersecting angle θ <90 °); both electrodes 3, 4: vacuum-deposited film made of Pd having a width d ₂ of 10 mm and a length c ₂ of 40 mm, a thickness of 100 nm; 7,8: ferroelectric width _{d 3} is 2mm in the second longitudinal direction c, the width _{d 4} is 2mm in the width direction d.
When an AC voltage having a frequency of 66 kHz is applied between the

electrodes

3 and 4 under the atmospheric pressure, a resonance wave in a direction intersecting the thickness direction b in the length direction c is applied to the ferroelectric substance 2 at room temperature. As a result, a plasma p as shown in FIG. 5 was generated. Further, when an AC voltage having a frequency of 180 kHz is applied between the

electrodes

3 and 4 under the atmospheric pressure, a resonance wave in a direction crossing the thickness direction b in the width direction d is applied to the ferroelectric substance 2 at room temperature. As a result, a plasma p as shown in FIG. 6 was generated. The AC voltage at these frequencies of 66 kHz and 180 kHz is 60 to 80 V, and the AC current is 150 to 250 mA.
[0020]
Example 1 of the plasma generating element 1 was placed in a chamber, and He, CO, O ₂ , H ₂ , NO, C ₂ H ₅ OH, etc. as gases were introduced into the chamber, and the same operation as above was performed. In each gas, generation of plasma p was observed in the same manner as described above. This was the same for the mixed gas of two or more of the above gases.
[0021]
When the pressure of each gas (including the atmosphere) was set to a reduced pressure and the same plasma p was generated as described above, the generation of the plasma p was observed at a gas pressure of 1 Torr or more. Thus, it was confirmed that the plasma p was generated at a gas pressure of 1 to 760 (1 atm) Torr, and that the generation efficiency of the plasma p was higher in a reduced pressure state than in an atmospheric pressure.
[0022]
In Figure 1, 5, the width _{d 1} of the ferroelectric 2 is 5 mm, the width _{d 2} of the two

electrodes

3, 4 is 3 mm, the plasma generation device 1 is the same as the example 1 except that When used, the frequency of the voltage applied to both

electrodes

3 and 4 is set to 66 kHz in order to generate plasma p in the length direction c as shown in FIG. 5 under atmospheric pressure. On the other hand, in order to generate the plasma p in the width direction d under the atmospheric pressure as shown in FIG. 6, the frequency is set to 537 kHz. The AC voltage at these frequencies of 66 kHz and 537 kHz is 60 to 80 V, and the AC current is 100 to 160 mA.
[0023]
In the ferroelectric 2, the vertical, horizontal length is 14 mm (i.e. squares), and the width _d 3 of the frame-shaped exposed

surface

7, 8, _{d 4} is _d 3 over the entire circumference thereof, _{d 4} The same plasma generating operation as described above was performed under atmospheric pressure using Example 2 of the plasma generating element 1 which was the same as Example 1 except that the thickness was ≒ 2 mm. When the frequency of the voltage was 186 kHz, generation of plasma p was observed at the boundaries between the

electrodes

3 and 4 in the vertical and horizontal directions with the ferroelectric substance 2, that is, at the four sides of the

electrodes

3 and 4. In this case, the AC voltage is 60 to 80 V, and the AC current is 100 to 160 mA.
[0024]
As described above, the resonance frequency greatly depends on the size of the ferroelectric 2, so that the resonance frequency that matches the size of the ferroelectric 2 is selected in order to generate the plasma p.
[0025]
Hereinafter, an application example in which the plasma generator 16 is used to decompose NO gas, which is nitrogen oxide, will be described. This NO gas is contained, for example, in the exhaust gas of an automobile. [Application Example 1]
As shown in FIG. 7, the first example of the plasma generating element 1 is housed in a chamber 18 of a closed circulation reactor 17, the first example is supported by a support member (not shown), and NO gas is introduced from an inlet 19. Circulation was performed through the chamber 18 to reach the outlet 20. One hour after the start of circulation of the NO gas (this condition is the same in other application examples described later), the temperature of the NO gas and the NO. Under the conditions of 5 Torr; AC voltage frequency: 66 kHz; AC current: 81 mA; AC voltage: 60 V, plasma p is generated and both

electrodes

3, 4, that is, Pd are used as a catalyst, whereby NO is reduced. The decomposition situation was examined. During this test, the temperature of the ferroelectric 2 rose to 132 ° C. and became constant at that temperature.
[0026]
Table 1 and FIG. 8 show the test results. The NO gas amount, N ₂ gas amount and O ₂ gas amount were measured by gas chromatography. This is the same in other application examples described later.
[0027]
[Table 1]

[0028]
As is clear from Table 1 and FIG. 8, the stoichiometric ratio of the N ₂ gas and the O ₂ gas in the product gas was 1: 1, and it was found that almost the entire supplied NO gas was decomposed. . This is because Pd is activated by the generation of a resonance wave in the ferroelectric 2, and the generated plasma p exerts an NO gas decomposition action.
[Application Example 2]
When NO gas was decomposed under the same conditions as in Application Example 1 except that the materials and AC current values of both

electrodes

3 and 4 were changed, the results shown in Table 2 were obtained.
[0029]
[Table 2]

[0030]
From Table 2, it is understood that when the

electrodes

3 and 4 are made of Cu and Al, relatively good results can be obtained. Ag has low activity.
[Application Example 3]
The same conditions as in Application Example 1 were used except that Example 2 of the plasma generating element 1 was used, the frequency of the AC voltage was set to 186 kHz, the AC current was set to 113 mA, and the supply amount of NO gas was set to 305 μmol. When the NO gas was decomposed in this way, the results shown in FIG. 9 were obtained. During this test, the temperature of the ferroelectric 2 first increased to 176 ° C., then decreased to 146 ° C., and then decreased to 136 ° C. and became constant at that temperature.
[0031]
As is clear from FIG. 9, it is understood that the same result as in the first application example can be obtained in this example.
[Application Example 4]
In the decomposition of nitrogen oxides (NOx, mainly NO gas) using a catalyst, it is known that the activity of the catalyst is lost when O ₂ gas is present. In order to investigate the inhibitory effect on the NO gas decomposition by O ₂ gas were degradation NO gas in a state of pre-mix O ₂ gas to NO gas.
[0032]
The test conditions were set as follows: the temperature of Example 2 of the plasma generating element 1: 100 ° C .; NO gas pressure: 5 Torr; O ₂ gas pressure: 10 Torr; AC voltage frequency: 186 kHz; AC current: 197 mA; . During this test, the temperature of the ferroelectric 2 first increased to 191 ° C., then decreased to 165 ° C., and became constant at that temperature.
[0033]
FIG. 10 shows the test results. The NO gas amount does not appear in FIG. 10 because NO gas is easily oxidized to NO ₂ gas in the presence of O ₂ gas, and the detection of the NO ₂ gas is difficult by gas chromatography.
[0034]
In FIG. 10, since the N ₂ gas amount and the O ₂ gas amount sharply increase after the generation of the plasma p, it is clear that the decomposition of the NO ₂ gas has been performed almost completely.
[0035]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, it is possible to provide a plasma generation method capable of easily generating plasma by simple means.
[0036]
According to the second aspect of the present invention, a plasma generator having a simple structure can be provided.
[0037]
Further, according to the third and fourth aspects of the present invention, it is possible to provide a plasma generating element having a simple structure which is used for performing a plasma generating method and is a component of a plasma generating apparatus.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a plasma generating element.
FIG. 2 is a side view of the plasma generating element.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a relationship between a thickness direction and a polarization axis.
FIG. 4 is a schematic diagram of a plasma generator.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of a plasma generation state.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing another example of a plasma generation state.
FIG. 7 is a schematic diagram when a closed circulation reactor and a plasma generator are combined.
FIG. 8 is a graph showing an example of the relationship between the elapsed time and the amounts of NO gas, N ₂ gas, and O ₂ gas.
FIG. 9 is a graph showing another example of the relationship between the elapsed time and the amounts of NO gas, N ₂ gas, and O ₂ gas.
FIG. 10 is a graph showing still another example of the relationship between the elapsed time and the NO gas amount, the N ₂ gas amount, and the O ₂ gas amount.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma generation element 2 Ferroelectric 3, 4

Electrode

5, 6 Plane (surface)
12 Power supply a Polarization axis b Thickness direction (direction of conduction)
c Length direction d Width direction p Plasma

Claims

単分極処理した強誘電体（２）およびその強誘電体（２）の表面（５，６）に相対向するように密着させた一対の電極（３，４）を有し，且つ前記強誘電体（２）は通電方向（ｂ）と交差する分極軸（ａ）を持つプラズマ発生素子（１）を用い，前記両電極（３，４）間に交流電圧を印加して前記強誘電体（２）に，通電方向（ｂ）と交差する方向（ｃ，ｄ）の共振波を生起させることにより，前記両電極（３，４）の前記強誘電体（２）との境界にプラズマ（ｐ）を発生させることを特徴とするプラズマ発生方法。A ferroelectric substance (2) subjected to monopolarization treatment, and a pair of electrodes (3, 4) closely contacted with the surface (5, 6) of the ferroelectric substance (2) so as to face each other; The body (2) uses a plasma generating element (1) having a polarization axis (a) that intersects the direction of current (b), and applies an AC voltage between the two electrodes (3, 4) to apply the ferroelectric ( 2) By generating a resonance wave in the direction (c, d) intersecting with the direction of conduction (b), a plasma (p) is formed at the boundary between the two electrodes (3, 4) with the ferroelectric (2). A) generating a plasma.

単分極処理した強誘電体（２）およびその強誘電体（２）の表面（５，６）に相対向するように密着させた一対の電極（３，４）を有し，且つ前記強誘電体（２）は通電方向（ｂ）と交差する分極軸（ａ）を持つプラズマ発生素子（１）と，前記強誘電体（２）に，通電方向（ｂ）と交差する方向（ｃ，ｄ）の共振波を生起させるべく，前記両電極（３，４）間に交流電圧を印加する電源（１２）とより構成されることを特徴とするプラズマ発生装置。A ferroelectric substance (2) subjected to monopolarization treatment, and a pair of electrodes (3, 4) closely contacted with the surface (5, 6) of the ferroelectric substance (2) so as to face each other; The body (2) includes a plasma generating element (1) having a polarization axis (a) intersecting with the energizing direction (b) and the ferroelectric body (2) in directions (c, d) intersecting with the energizing direction (b). A) a power source (12) for applying an AC voltage between the two electrodes (3, 4) to generate the resonance wave of (2).

単分極処理した強誘電体（２）と，その強誘電体（２）の表面（５，６）に相対向するように密着させた一対の電極（３，４）とを有し，前記強誘電体（２）は通電方向（ｂ）と交差する分極軸（ａ）を持つことを特徴とするプラズマ発生素子。A ferroelectric substance (2) that has been subjected to a monopolarization treatment, and a pair of electrodes (3, 4) that are in close contact with the surface (5, 6) of the ferroelectric substance (2) so as to face each other; A plasma generating element, wherein the dielectric (2) has a polarization axis (a) intersecting the direction of current (b).

前記強誘電体（２）は板状をなし，前記両電極（３，４）は前記板状強誘電体（２）の両平面（５，６）に，それら平面（５，６）の一部を露出させてそれぞれ密着している，請求項３記載のプラズマ発生素子。The ferroelectric (2) has a plate-like shape, and the electrodes (3, 4) are arranged on both planes (5, 6) of the plate-like ferroelectric (2). 4. The plasma generating element according to claim 3, wherein the portions are exposed and are in close contact with each other.