静電気学会誌，45, 1（2021）15-20

J. Inst. Electrostat. Jpn.

論

文

非熱平衡プラズマが持つナノ粒子分散液に対する凝集抑制効果末永 勝士 ，高木 駿 ，王 斗艶＊＊＊，浪平 隆男＊＊＊＊＊＊, 1（2020年9月24日受付；2020年11月25日受理）

Investigation of Coagulation Suppression Effect of Nonthermal Plasma
to Nanoparticles Dispersion
＊

＊＊

＊＊＊

Katsushi SUENAGA , Shun TAKAKI , Douyan WANG＊＊＊, 1and Takao NAMIHIRA（Received September 24, 2020; Accepted November 25, 2020）
Nanoparticles have received much attention in recent years due to its remarkable properties, which offer important economic
benefits and has been used in diverse applications. However, their property gradually decays because of coagulation, whichmeans that adhesion between nanoparticles. Therefore, a superior technique which maintains dispersion of nanoparticles isdesired in order to maintain its high performance in liquid. In this study, nonthermal plasma was irradiated to ZrO2 nanoparticles
dispersion to suppress coagulation of ZrO2 nanoparticles. As the results, a sufficient coagulation suppression effect was obtainedin the ZrO2 dispersion. In addition, the coagulation suppression effect and dispersibility were further improved by changing theprocessing conditions, such as using combination of nonthermal plasma irradiation and ultrasonic treatment, modifying theelectrode geometry. Furthermore, the amount of ·OH production after nonthermal plasma irradiation and coagulation
suppression time were compared to clarify the coagulation suppression effect. Zeta potential was also measured to analyze thechange of the charge on nanoparticles surface at the same time. In conclusion, it was suggested that the surface modification by·OH plays an important role in coagulation suppression effect in this study.

1．はじめにの van der Waals 力によって吸着し，凝集していく．ナノ

近年，ナノ粒子のサイズ特性を利用した高機能製品の粒子の凝集が進行すると粒径増大により，製品の性能は開発が非常に盛んになっており，様々な分野でその製品劣化するという問題があるため，ナノ粒子分散液の凝集が実用化されている．電子分野では量子ドットや透明を抑制する分散処理は欠かせない．分散処理としては，導電膜 など，医療分野では磁性体ナノ粒子を用いた生分散剤を用いた化学的手法 や超音波ホモジナイザーを体イメージング などの応用がなされている．このよう用いた物理的手法 が挙げられるが，分散剤の生体へのなナノ粒子を利用した製品は，ナノ粒子を水などの溶媒影響や振動子材料のコンタミネーションによる性能劣化

中に分散させた状態で使用されることがほとんどであを考慮すると改良の余地が大いにある．

1）

2）

3）

る．しかし，分散液中のナノ粒子は時間とともに粒子間4）4）

岡らの研究グループは，酸化チタン分散液への液面プ
ラズマ処理によって表面改質による分散性向上を報告しキーワード：非熱平衡プラズマ，金属酸化物ナノ粒子，
液中分散，凝集抑制，ゼータ電位＊
熊本大学自然科学教育部（〒860-8555 熊本市中央区黒髪 2-39-1）
Graduate School of Science and Technology, Kumamoto
University, 2-39-1, Kurokami, Chuo-ku, Kumamoto 8608555, Japan＊＊
熊本大学工学部情報電気電子工学科（〒860-8555 熊本市中央区黒髪 2-39-1）
Department of Computer Science and Electrical Engineering,
Kumamoto University, 2-39-1, Kurokami, Chuo-ku,
Kumamoto 860-8555, Japan＊＊＊
熊本大学産業ナノマテリアル研究所（〒860-8555 熊本市中央区黒髪 2-39-1）
Institute of Industrial Nanomaterials, Kumamoto University,
2-39-1, Kurokami, Chuo-ku, Kumamoto 860-8555, Japan1namihira@cs.kumamoto-u.ac.jp
DOI：https://doi.org/10.34342/iesj.2021.45.1.15

た ．液面プラズマを用いた分散処理は，気中電極と液面5）間にてプラズマを発生させるため，分散液の電極材によるコンタミネーションを防ぎつつ，液中ナノ粒子の帯電を強化させることから，分散剤を使用できない水分散体の調製への適用が期待される．また，プラズマ処理による分散性向上に関連する研究として，稗田らの研究グループではソリューションプラズマ表面修飾による炭素材料の親水化が報告された ．そして，親水化に伴う分散性向上はソリュ
6）ーションプラズマから生成した酸素ラジカルや水酸化ラジ
カル，過酸化水素等によるものだと想起された．また，プ
ラズマ処理によってシート状ポリマーの親水化の報告例も存在する ．このように現状プラズマ処理による分散性向7）

上の報告は多数あり，表面改質は生成されるイオンやラジカルの酸化に起因すると想起されているが，その具体的な

16

静電気学会誌 第45巻 第 1 号（2021）

種類や原理は明確にわかっていない．
そこで，本稿では生成イオン，ラジカルの中でも化学反応性に優れたヒドロキシラジカル（・OH ）に着目し，非熱平衡プラズマ処理による凝集抑制効果の究明を目指した．
まず，本手法の凝集抑制効果を定量的に評価するために凝集抑制時間を定義し，酸化ジルコニウム（ ZrO2）分散液に対して非熱平衡プラズマを照射した場合の凝集抑制効果を定量評価した．プラズマ処理による ZrO2 粒子分散性向上の報告は現状として存在しないため，本研究にてプ

図 1 非熱平衡プラズマ処理装置
Fig.1 Nonthermal plasma treatment system.

ラズマ処理が持つ ZrO2 粒子に対する凝集抑制効果の検証
も同時に行った．また，ZrO2 粒子は純水中で凝集しやすい
特徴があり，プラズマ処理分散液と未処理分散液の凝集抑制時間を比較することで本手法の効果を明確に示すことも選定理由の一つである．非熱平衡プラズマ処理を行う際には放電状態を変えるために針・球の 2 種類の気中電極を使用し，また，非熱平衡プラズマ処理中の分散液攪拌のために超音波分散処理の併用を行った．最終的には，分散処理条件ごとの凝集抑制時間と生成・OH 濃度を比較す（ a ）Needle electrode（ b ）Sphere electrode

図 2 印加電圧・放電電流波形
Fig.2 Applied voltage and discharge current waveforms.

ることで，凝集抑制効果と・OH 濃度の相関関係を明らかにした．また，非熱平衡プラズマ処理前後の ZrO2 粒子のゼータ電位を比較することで・OH による表面状態の変化を考察し，本手法の凝集抑制効果の原理解明を目指した．

2．実験方法2.1 実験装置及び実験条件
図 1 に本実験で用いる ZrO2 分散液への非熱平衡プラ（ a ）Needle electrode（ b ）Sphere electrode

図 3 非熱平衡プラズマ形成時の様子
Fig.3 Appearance of nonthermal plasma.

ズマ照射装置概略図を示す．ポリプロピレン製のプラズ極を用いた時の印加電圧・放電電流波形を示す．印加電マ 処 理 容 器 内 の ZrO2（ < 100 nm, 544760-25G，Sigma-

圧 と 放 電 電 流 は そ れ ぞ れ 高 電 圧 プ ロ ー ブ（ P-6015，

Aldrich ）分散液は溶媒を純水，液量は 200 mL とし，濃Tektronix ），カレントトランスフォーマー（ CT-F-1.0，

度は 0.01 wt％で調製された．プラズマ処理容器は超音Bergoz Instruments ）を用いて測定し，オシロスコープ

波洗浄機（ ASU-2, ASONE ）の洗浄槽内に投入され，非（ MDO3054，Tektronix ）でモニタリングした．図 2 より，

熱平衡プラズマ照射と超音波分散の同時処理を可能とし針電極及び球電極とも，印加電圧約 6 kV 並びにピーク放た．非熱平衡プラズマを生成するためのパルス電源は誘電電流約 370 mA となっており，大差はないことが確認

導性エネルギー蓄積方式のものを採用しており，その出できる．また，図 3（a）にズームレンズ（ Canon，EFS17-

力電圧は 3.6～20 kV で調整でき，そのパルス繰り返し

85mm ）を取り付けた一眼レフカメラ（ Canon，EOS40D ）周波数は 10 kHz と固定である．また，パルス電源の出によって撮影された針電極使用時の放電写真，図 3（b）

力は分散液面と対向させて設置している針電極（曲率半に球電極使用時の放電写真を示す．シャッター速度を 0.2 s，

径 67 µm ），もしくは球電極（直径 15 mm ）と超音波洗絞り値（ F 値）を 9.0，ISO 感度を 160 に固定して撮影を浄機の浴槽間に接続され，電極と分散液面間に非熱平衡行った．図 3 より，針電極では針電極先端から分散液面にプラズマが生成される．電極・分散液面間距離は 10 mm

対して一筋の強い発光が観測されているのに対し．球電に固定した．非熱平衡プラズマはヘリウムを原料ガスと極では電極表面のいくつかの部分から分散液面に対してして生成され，そのガス流量はマスフローコントローラ

微弱な発光が観測されていることがわかる．

ー（8500 MB, KOFLOC ）を用いて 3.0 L/min にて流入さ

2.2 凝集抑制時間の測定せた．図 2（a）に針電極を用いて非熱平衡プラズマを生

図 4 に凝集抑制時間測定までの流れを示す．初期状態

成した時の印加電圧・放電電流波形を，図 2（b）に球電を統一させるために，ZrO2 濃度調整後の分散液は，30非熱平衡プラズマが持つナノ粒子分散液に対する凝集抑制効果（末永 勝士ら）

図 4 実験の流れ
Fig.4 Experimental procedure.

図 5 US&Plasma（ Needle ）処理分散液の散乱光
強度分布パターンの経時変化
Fig.5 Time-dependence of scattered light intensity
pattern of US&Plasma（ Needle ）treateddispersion.

分間の超音波による分散前処理を行った．超音波分散前17

図 6 US&Plasma（Needle）処理分
散液の一次粒子及び二次粒
子散乱光強度の経時変化
Fig.6 Time-dependence of scattered
light intensity from primaryand secondary particle after
US&Plasma（Needle）treatment.

処理後の分散液（ Control ）には，以下の条件にて追加の処理を施した．

ともに一次ピークが減少し，代わりに，一次粒子の凝集に・超音波分散のみでの処理 30 分間（ US ）伴う二次ピーク（二次粒子）の増加が観測されている．

・プラズマのみでの処理 30 分間（ Plasma ）続いて，図 6 には，US&Plasma（ Needle ）における一次

・超 音 波 分 散 と プ ラ ズ マ の 併 用 処 理 30 分 間（ US&

ピーク（68～73 番）散乱光強度の合計と二次ピーク（20Plasma ）～40 番）散乱光強度の合計の経時変化を示す．なお，本Plasma と US&Plasma においては，針電極（ Needle ）と合計値は，経時最大値を 100％としている．図 6 より，経球電極（ Sphere ）の 2 つの形状の電極を用いた．

時とともに一次ピークは減少し，二次ピークは一旦増加し，

凝 集 抑 制 時 間 は ナ ノ 粒 子 径 分 布 測 定 装 置（ SALD-

その後減少に転じていることが確認できる．これは，処理7500nano, SHIMADZU ）を用いて測定される粒径分布の液中にて経時とともに，まず一次粒子が凝集して二次粒子

経時変化により定義した．粒径分布の測定は，分散液にレを形成するために，一次ピークが減少して二次ピークが増

ーザーを照射することによって得られる散乱光強度分布パ

加する期間（凝集進行過程と呼ぶ）が現れ，次に形成されターンが用いられている．図 5 に US&Plasma（ Needle ）た二次粒子が沈降するために，二次ピークが減少する期間

処理後の散乱光強度分布パターンの時間変化を示す．縦（沈降進行過程と呼ぶ）が現れていることを示す．本稿では，

軸が回折・散乱光強度，横軸がセンサ番号を示している．

分散処理後からこの凝集進行過程と沈降進行過程の境界

67 番以下のセンサでは前方回折散乱光を検出し，68 番

時間までの時間を凝集抑制時間と定義し，それは一次ピー

では側方散乱光，69～73 番では後方散乱光を検出する．

クが初期値の 60％まで減衰する時間と一致していた．

レーザーが照射された粒子の粒径が 10 µm 程度では回折

2.3 ・OH生成量測定

現象が支配的となるため散乱光は前方に集中し，粒径が液中で生成される・OH の寿命は µs～ms オーダーと非サブミクロンオーダーの粒子では Mie 散乱によって散常に短いため，その濃度の計測は困難である ．また，

乱光は側方から後方まで広い角度で検出される．つまり，

式（1）で示すように，液中で生成された・OH 同士は，そ

今回，分散ナノ粒子として粒径 100 nm 以下の ZrO2 を用の再結合反応により，H2O2 を生成する ．

いているため，散乱光強度分布におけるセンサ番号が小さい範囲（1～67 番）は分散ナノ粒子が凝集して形成さ

8）9）・OH +・OH → H2 O2（1）

れた二次粒子の，センサ番号が大きい範囲（68～73 番）

そのため，
液中・OH 濃度を間接的に計測する方法として，

は分散ナノ粒子そのもの（一次粒子）の量を示すことと

H2O2 濃度からの推定を行った．H2O2 定量化には硫酸チなる．本稿においては，一次粒子による散乱光ピークをタニル溶液を用いた．硫酸チタニル溶液は濃度 0.6 M の一次ピーク，二次粒子による散乱光ピークを二次ピーク

希硫酸に対して 1.6 g/L の硫酸チタニルを加えて攪拌すと呼ぶ．一次ピークはセンサ番号 68～73 番に出現し，ることで作製された．以上の方法により作製した検量液

二次ピークはセンサ番号 20～40 番の範囲に出現する．

を H2O2 水溶液と 1：1 の割合で混合すると，ペルオキソ

図 5 を見てみると，US&Plasma（ Needle ）処理直後には，チタン錯体が生成され，黄色に呈色する．ペルオキソチ

一次ピークが大きい（一次粒子が多い）ものの，経時とタン錯体溶液は波長 407 nm に極大吸収を持っているた18

静電気学会誌 第45巻 第 1 号（2021）

め，その吸光度を分光光度計（ V-650，JASCO ）により測定し，事前に作成した校正曲線により H2O2 濃度を定量化した．また，校正曲線は 10 ～500 µM の範囲で作成しており，10 µM を定量下限とした．2.2 節で調製した分散液とは別に Control 及び US，Plasma，US&Plasma 処理を経た純水を測定対象とし，上記の方法により定量化した．2.2 節 と同 様 に Plasma と US&Plasma で は Needle 電
極と Sphere 電極の 2 つの電極形状を用いた．

2.4 ゼータ電位測定
ゼータ電位はゼータ電位測定システム（ ELSZ-2000

図 7 分散処理直後の分散液の散乱光強度分布パターン
Fig.7 Comparison of scattered light intensity pattern immediately
after treatment.

series，大塚電子）によって測定された．本稿では，Control
及び最も凝集抑制効果の優れていた US&Plasma（ Needle ）処理を経た分散液をゼータ電位測定可能濃度まで純水にて希釈後，ゼータ電位を測定した．ゼータ電位はそれぞれの条件で 3 回測定し，その平均を測定値とした．また，ゼータ電位と併せて pH メータ（ LAQUAtwin，HORIBA ）によって希釈前後の pH を測定することでプラズマ処理
による等電点の変化を考察した．

3．実験結果3.1 分散促進効果の確認

図 8 分散処理 90 分後の散乱光強度分布パターン
Fig.8 Comparison of scattered light intensity pattern 90 min after
treatment.

図 7 に，Control 及び US，Plasma（ Needle ），US&Plasma

制する効果を有することが確認できた．表 1 には，Control（ Needle ）処理直後の分散液散乱光強度分布パターンを

及び US，Plasma（ Needle or Sphere ），US&Plasma（ Needle

示 す． 図 7 よ り，Control の 一 次 ピ ー ク と 比 較 し て，or Sphere ）処理における凝集抑制時間の測定結果を示す．

Plasma（ Needle ）の一次ピークは凡そ一致しているもの

表 1 より，Plasma と US&Plasma 処理において，Controlの，超音波分散処理を施した US と US&Plasma（ Needle ）に対して，2 倍以上の凝集抑制時間となったことが確認さの一次ピークは増加している．これは，US 処理にて分れる．これは，Plasma 処理にて分散液中一次粒子の凝集

散液中一次粒子の割合が大きくなったこと，及び，USが抑制されたことを示しており，また，Plasma 処理へ US

処理へ Plasma 処理が併用される（ US&Plasma（ Needle ）処理が併用されることで，相乗的に，凝集抑制効果が大処理）ことで，相乗的に，一次粒子の割合が大きくなっ

きくなっていることも示している．更に，
Plasma（ Needle ）ていることを示している．

処理の方が Plasma（ Sphere ）処理よりも凝集抑制効果が3.2 凝集抑制効果の確認

大きいことから，強い発光を伴う非熱平衡プラズマの方

図 8 に，Control 及び US，Plasma（ Needle），US&Plasmaがより適した処理であることもわかる．

（ Needle ）処理後，90 分経過した際の分散液散乱光強度

3.3 H2O2濃度測定による・OH生成量の推定

分布パターンを示す．図 7 及び図 8 を比較すると，Control

表 2 に Control 及 び US，Plasma（ Needle or Sphere ），と US 処理では，時間経過とともに，一次ピークが大き

US&Plasma（ Needle or Sphere ）処理を施した純水の H2O2

く減衰し，同時に，二次ピークの出現を確認できる．一方，濃度測定結果を示す．表 2 より，US 処理では H2O2 の生

Plasma（ Needle ）と US&Plasma（ Needle ）処理では，時成はほとんど確認されず，Plasma 処理により H2O2 が生間経過に伴う一次ピークの僅かな減衰は確認できるもの

成されることが確認できる．また，Plasma 処理においの，二次ピークの出現は確認できない．この結果について，ては，Needle 電極及び US 処理併用により，H2O2 生成量

図 6 を参考に考察すると，Control と US 処理では，90 分が増すことも確認できる．これは Needle 電極による非に て 既 に 沈 降 進 行 過 程 に 至 っ て い るも の の，Plasma

熱平衡プラズマ密度の増大及び超音波分散処理に伴う純（ Needle ）と US&Plasma（ Needle ）処理では，90 分では

水攪拌効果による非熱平衡プラズマと水面との接触効率

凝集進行過程の最中であると言える．したがって，分散改善が影響したものと考えられる．なお，本結果より，液面への非熱平衡プラズマ照射は，一次粒子の凝集を抑凝集抑制効果の最も高かった（ Needle ）処理は最大の・

非熱平衡プラズマが持つナノ粒子分散液に対する凝集抑制効果（末永 勝士ら）
表 1 分散処理における凝集抑制時間
Table 1 Suppression time for coagulation
after treatment.

表 2 分散処理における生成 H2O2 濃度
Table 2 H2O2 concentration produced byafter treatment.

Suppression timeof coagulation［ min ］
Control45
US
60
Plasma（ Needle ）210
US&Plasma（ Needle ）250
Plasma（ Sphere ）105
US&Plasma（ Sphere ）
210

H2O2
concentration［ μM ］
Control
< 10
US
< 10
Plasma（ Needle ）209.8
US&Plasma（ Needle ）342.9
Plasma（ Sphere ）122.0
US&Plasma（ Sphere ）131.3

Dispersion
method19

Dispersion
methodOH 生成条件であったこととなる．図 9 には，Control 及び US，Plasma（ Needle or Sphere ），US&Plasma（ Needleor Sphere ）処理による純水中への生成 H2O2 濃度（表 2）と表 1 に示される同処理における ZrO2 分散液の凝集抑制時間を比較した結果を示す．図 9 より，生成 H2O2 濃度が高い分散処理ほど凝集抑制時間が長いことが確認できる．ただし，生成 H2O2 濃度が 209.8 µM である Plasma（ Needle ）処理と，それよりも生成 H2O2 濃度が低い 131.3µM である US&Plasma（ Sphere ）処理の凝集抑制時間が一致している．これは 3.2 節で述べたように，Plasma 処
理と US 処理の併用によって，US&Plasma（ Sphere ）処理の凝集抑制効果が Plasma（ Needle ）と同等まで大きくなったことを示している．また，Plasma（ Sphere ）処

図 9 分散処理ごとの H2O2 濃度と凝集抑制時間の比較
Fig.9 Comparison of H2O2 concentrationand suppression time of coagulation.

表 3 H2O2 添加分散液の凝集抑制時間との比較
Table 3 Suppression time of coagulation of H2O2-added dispersion.
H2O2 concentration Suppression time of［ μM ］
coagulation［ min ］
Control
< 10
45
131.3
40
H2O2 addition
US&Plasma（ Sphere ）
131.3
210
Conditions

表 4 ゼータ電位と pH 値
Table 4 Zeta potential and pH.
pH ofdispersion
Control
5.4
US&Plasma（ Needle ）3.8
Conditions

pH of after Zeta potential
dilution［ mV ］
6.2-20.74
6.1
10.92

理と US&Plasma（ Sphere ）処理の生成 H2O2 濃度はそれぞれ 122.0 µM，131.3 µM と濃度差が小さいが，凝集抑3.4 ゼータ電位測定

制時間は Plasma（ Sphere ）処理で 105 min，US&Plasma

本節では Control と凝集抑制効果の最も優れた US&（ Sphere ）処理で 210 min と 2 倍の差が生じている．こPlasma（ Needle ）処理分散液のゼータ電位測定結果の比れ は，Plasma 処 理 に よ り 生 成 さ れ た・OH， も し く は較を行う．表 4 に Control 及び US&Plasma（ Needle ）処H2O2 が US 処理の攪拌によって，効率よく ZrO2 粒子に理分散液の pH，ゼータ電位測定のための希釈処理後の修飾したからだと考えられる．したがって，Plasma 処

pH とゼータ電位を示す．表 4 より，Control 分散液は理によって生成された・OH，もしくは再結合反応によっ

CO2 の溶け込み等により pH が 5.4 となり，US&Plasmaて生成された H2O2 が ZrO2 分散液の凝集抑制に寄与して（ Needle ）処理分散液の pH は 3.8 と更に酸性になっていいる可能性が示唆される．そこで，131.3 µM 分の H2O2

る．一方，希釈後の両分散液は 6.2 と 6.1 と凡そ一致しを Control 分散液へ添加し（ H2O2 添加処理），その凝集ている．また，測定ゼータ電位は Control がマイナス電抑制時間を Control と比較することで H2O2 が持つ凝集抑位を，US&Plasma（ Needle ）処理がプラス電位を示して制効果の有無を検証した．表 3 に Control 及び H2O2 添加，おり，互いに逆電位となっていることが確認される．一

US&Plasma（ Sphere ）処理における凝集抑制時間の測定

般的に金属酸化物粒子の水分散液では，等電点が溶媒の結果を示す．表 3 より，Control と H2O2 添加処理の凝集

pH から酸側であれば水酸化物イオンが解離してマイナス

抑制時間が凡そ一致していることが確認できる，また，に帯電し，反対にアルカリ側であればプロトンが吸着しH2O2 添 加 処 理とそれと同 等の H2O2 生 成 が 想 定されるてプラスに帯電することが知られている ．つまり，US&Plasma（ Sphere ）処理の凝集抑制時間を比較すると，ZrO2 のゼータ電位がマイナスである Control では，等電

10）H2O2 添加処理の凝集抑制時間が大幅に短いことがわか

点が溶媒の pH（6.2）より酸側となり，反対に，ゼータる．これは，H2O2 による凝集抑制効果が小さいことを示

電位がプラスである US&Plasma（ Needle ）処理では等電しており，非熱平衡プラズマ照射による凝集抑制効果は点が溶媒の pH（6.1）よりアルカリ側となっていると言え

H2O2 の前駆体である・OH によるものであると考えられる．

る．したがって，今回，US&Plasma（ Needle ）処理によ静電気学会誌 第45巻 第 1 号（2021）

20

り等電点が酸側からアルカリ側へ変化したため ZrO2 のゼ

各 pH でのゼータ電位を測定することで，分散処理条件

ータ電位がマイナスからプラスへ変化したことがわかる．

ごとのゼータ電位特性を明確に把握する必要がある．

また 3.2 節より，この等電点の変化は非熱平衡プラズマにより生成された・OH に起因することが考えられる．先行

5．まとめ

研究として大気圧低温プラズマによってディスク状 ZrO2

本稿では，非熱平衡プラズマ照射が持つナノ粒子分散の表面の酸素含有量が増加し，親水化したといった報告

液の凝集抑制効果の原理究明を目的として，分散処理後例があり ，本稿における ZrO2 の等電点変化は生成・OHの凝集抑制時間，・OH 濃度，ゼータ電位の測定を行った．

による粒子表面の酸化が原因であることが想起される．

その結果，超音波分散処理と非熱平衡プラズマ処理を併

11）用した場合（ US&Plasma（ Needle ））に，分散促進効果

4．考察と凝集抑制効果が向上することが判明した．また，得ら

本節では，等電点と溶媒 pH の関係による静電的反発

れた凝集抑制時間と生成・OH 濃度の比較，及びゼータ電力の観点から，非熱平衡プラズマが持つ凝集抑制効果に

位測定による溶媒 pH と ZrO2 の等電点の関係を考察した

ついて考察する．ここで，等電点とはゼータ電位がゼロ

結果，非熱平衡プラズマ照射に伴う生成・OH による ZrO2となる溶媒 pH を指し，ZrO2 粒子において等電点と溶媒の表面改質によって静電的反発力が強化され，凝集が抑pH の差が大きいほどゼータ電位の絶対値は増大し，粒子制されていることが示唆された．

間の静電的反発力が強化される傾向がある ．3.3 節の結12）果より，図 10（a）に Control における分散処理液の pH，ゼータ電位測定のための希釈処理後の pH と ZrO2 等電点の関係を，図 10（b）に US&Plasma（ Needle ）処理における同関係を示す．一般的に，ZrO2 の等電点は文献より 4～8 とされている

13）が，Control では溶媒 pH（6.2）においてゼータ電位がマイナスであったため，本実験における ZrO2 の等電点は 4～6.2 の範囲にあるものと考えられる．
図 10（a）
より，Control における ZrO2 の等電点と分散処理
液の pH（5.4）の差は最大 1.4（ =5.4-4>6.2-5.4）であることがわかる．また，US&Plasma（ Needle ）処理では，溶媒 pH（6.1）においてゼータ電位がプラスであったため，
ZrO2 の等電点は 6.1～14 にあるものと考えられる．図 10（b）より，US&Plasma（ Needle ）処理における ZrO2 の等電点と分散処理液の pH（3.8）の差は最小でも 2.3（ =6.1-3.8）であることがわかる．よって，分散処理液 pH と等電点の差は US&Plasma（ Needle ）処理の方が Control に比べて大きいことが明らかである．これは，US&Plasma（ Needle ）処理における粒子間の静電的反発力が Control よりも大きかったことと等価であり，凝集抑制効果の増大要因であると予測される．しかし，US&Plasma（ Needle ）処理では ZrO2 の表面改質により，単位 pH 変化に対するゼータ
電位変化量が異なる可能性がある．したがって，今後は（ a ）Control（ b ）US&Plasma（ Needle ）図 10 希釈前後の溶媒 pH と等電点の関係
Fig.10 Relationship between pH and zeta potential.

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