所属
低温プラズマ科学研究センター プラズマ科学部門 助教
大学院担当
大学院工学研究科
職名
助教
外部リンク
イノウエ ケンイチ
井上 健一
INOUE Kenichi
学位 1
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博士（科学） （ 2022年9月 東京大学 ）
受賞 3
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ISPlasma2024/IC-PLANTS2024/APSPT-13, Best Presentation Award
2024年3月 ISPlasma2024/IC-PLANTS2024/APSPT-13 In situ electron spin resonance for measurement of defect formation on hexagonal boron nitride by plasma processing
Kenichi Inoue, Takashi Kondo, Kenji Ishikawa, Masaru Hori
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第32回日本MRS年次大会 講演奨励賞
2022年12月 日本MRS ヒドロキノン水溶液中プラズマによって形成したカー ボン層を有する六方晶窒化ホウ素の表面電荷
井上 健一, 伊藤 剛仁, 清水 禎樹, 寺嶋 和夫
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ISPlasma2022/IC-PLANTS2022 Short Presentation Award
2022年3月 ISPlasma2022/IC-PLANTS2022 Carbon Layer Formation on Boron Nitride via a Plasma in Hydroquinone Solution
論文 14
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Effect of Low-temperature Plasma Irradiation on the Seedling Growth of Sugarcane and <i>Erianthus</i> Open Access
Kaewkam Adisak, 寳川 拓生, 松田 大志, Chanprame Sermsiri, 杉浦 史都, 黒澤 生吹, Ahyuni Destieka, 仲田(狩野) 麻奈, 石川 健治, 井上 健一, 江原 宏
日本作物学会講演会要旨集 259 巻 ( 0 ) 頁： 46 - 46 2025年3月
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Inoue, K; Takagi, N; Ando, S; Mayumi, K; Muneoka, H; Shimizu, Y; Ito, T; Ito, K; Terashima, K
CHEMICAL PHYSICS 586 巻 2024年10月
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Hasegawa, R; Inoue, K; Muneoka, H; Ito, T; Kirihara, K; Shimizu, Y; Hakuta, Y; Ito, K; Terashima, K
COMPOSITES PART A-APPLIED SCIENCE AND MANUFACTURING 184 巻 2024年9月
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熱伝導性コンポジット開発におけるプラズマ表面改質と環動高分子ネットワークの活用 招待有り Open Access
井上 健一, 伊藤 剛仁, 清水 禎樹, 伯田 幸也, 寺嶋 和夫
オレオサイエンス 24 巻 ( 3 ) 頁： 101 - 109 2024年
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Cross-Linking-Filler Composite Materials of Functionalized Hexagonal Boron Nitride and Polyrotaxane Elastomer 査読有り
ACS Macro Letters 12 巻 ( 1 ) 頁： 48 - 53 2022年12月
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Carbon Layer Formation on Hexagonal Boron Nitride by Plasma Processing in Hydroquinone Aqueous Solution 査読有り
Kenichi Inoue, Noritaka Sakakibara, Taku Goto, Tsuyohito Ito, Yoshiki Shimizu, Yukiya Hakuta, Kenji Ishikawa, Masaru Hori, and Kazuo Terashima
ACS Applied Material & Interfaces 14 巻 ( 47 ) 頁： 53413 - 53420 2022年11月
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Chemical-free exfoliation of hexagonal boron nitride via cavitation-bubble plasma in water 査読有り
Taku Goto, Kazuto Hatakeyama, Tsuyohito Ito, Kenichi Inoue, Yukiya Hakuta, Yoshiki Shimizu and Kazuo Terashima
Journal of Physics D: Applied Physics 2022年6月
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Fabrication of flexible porous slide-ring polymer/carbon nanofiber composite elastomer by simultaneous freeze-casting and cross-linking reaction with dimethyl sulfoxide 査読有り Open Access
5. Taku Goto, Noritaka Sakakibara, Kenichi Inoue, Koichi Mayumi, Yoshiki Shimizu, Tsuyohito Ito, Kohzo Ito, Yukiya Hakuta, and Kazuo Terashima
Composites Science and Technology 215 巻 頁： 109028 2021年9月
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Boron nitride with high zeta potential via plasma processing in solution for preparation of polyrotaxane composite 査読有り
Kenichi Inoue, Taku Goto, Tsuyohito Ito, Yoshiki Shimizu, Yukiya Hakuta, Kohzo Ito and Kazuo Terashima
Journal of Physics D: Applied Physics 54 巻 ( 42 ) 頁： 425202 2021年8月
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Soft X-ray emission spectroscopy for the electronic state of water molecules influenced by plasma-treated multi-walled carbon nanotubes 査読有り
6. Noritaka Sakakibara, Kenichi Inoue, Shion Takahashi, Taku Goto, Tsuyohito Ito, Keishi Akada, Jun Miyawaki, Yukiya Hakuta, Yoshihisa Harada, and Kazuo Terashima
Physical Chemistry Chemical Physics 23 巻 頁： 10468 - 10474 2021年4月
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Aqueous dispersion of hexagonal boron nitride via plasma processing in a hydroquinone solution 査読有り
Kenichi Inoue, Taku Goto, Masaki Iida, Tsuyohito Ito, Yoshiki Shimizu, Yukiya Hakuta and Kazuo Terashima
Journal of Physics D: Applied Physics 53 巻 ( 42 ) 頁： 42LT01 2020年6月
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In-plane modification of hexagonal boron nitride particles via plasma in solution”, Applied Physics Express 査読有り
Tsuyohito Ito, Taku Goto, Kenichi Inoue, Kenji Ishikawa, Hiroki Kondo, Masaru Hori, Yoshiki Shimizu, Yukiya Hakuta and Kazuo Terashima
Applied Physics Express 13 巻 ( 6 ) 頁： 066001 2020年5月
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Spatiotemporal optical emission spectroscopy to estimate electron density and temperature of plasmas in solution 査読有り
Kenichi Inoue, Shion Takahashi, Noritaka Sakakibara, Susumu Toko, Tsuyohito Ito and Kazuo Terashima
Journal of Physics D: Applied Physics 53 巻 ( 23 ) 頁： 235202 2020年4月
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Miniature microwave plasmas generated in high pressure argon 査読有り
Kenichi Inoue, Sven Stauss, Jaeho Kim, Tsuyohito Ito and Kazuo Terashima
Japanese Journal of Applied Physics 57 巻 ( 5 ) 頁： 058001 2018年4月
講演・口頭発表等 24
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Surface modification of hexagonal boron nitride using plasmas in solution for development of polymer composite materials 招待有り 国際会議
Kenichi Inoue, Tsuyohito Ito, Yoshiki Shimizu, Yukiya Hakuta, Kazuo Terashima
8th Asia-Pacific Conference on Plasma Physics (AAPPS-DPP2024) 2024年11月4日
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Application of plasma-surface-modified hexagonal boron nitride for composites with unique polymers; low-covered polyrotaxanes 国際会議
Kenichi Inoue, Naoto Takagi, Shota Ando, Koichi Mayumi, Hitoshi Muneoka, Yoshiki Shimizu, Tsuyohito Ito, Kohzo Ito and Kazuo Terashima
ISPlasma2025/IC-PLANTS2025 2025年3月5日
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六方晶窒化ホウ素の液中プラズマ表面改質とin situ 電子スピン共鳴分析 招待有り
井上健一
第一回・プラズマ誘起多相界面反応場研究会 2025年2月18日
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液中プラズマプロセスの評価方法としての電子スピン共鳴の活用 招待有り
井上健一
東北プラズマフォーラム 令和6年度 東北大学 電気通信研究所 共同プロジェクト研究会 2025年1月23日
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In Situ Electron Spin Resonance and Spin Trapping Study for Kinetics of Free Radical Reactions at Plasma/Liquid Interfaces
Kenichi Inoue, Takashi Kondo, Kenji Ishikawa, Masaru Hori
77th Annual Gaseous Electronic Conference (GEC2024) 2024年10月3日
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スピントラップ法を用いたプラズマ/液相界面ラジカルの実時間検出
井上 健一 、近藤 隆 、石川 健治 、 堀 勝
第85回応用物理学会秋季学術講演会 2024年9月20日 応用物理学会
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液中プラズマを用いた六方晶窒化ホウ素粒子の表面改質 招待有り
井上健一
第 43 回プラズマ新領域研究会 2024年3月29日 応用物理学会プラズマエレクトロニクス分科会
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液中プラズマを用いた表面改質と計測技術 招待有り
井上健一
電気学会「放電・プラズマ・パルスパワーにおける計測技術の現状と将来について調査専門委員会」および応用物理学会「プラズマ若手チャプター」合同会合 2024年3月21日 応用物理学会「プラズマ若手チャプター」
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Carbon layer formation on hexagonal boron nitride by plasma processing in hydroquinone aqueous solution 招待有り 国際会議
Kenichi Inoue
15th Global Plasma Forum 2024年3月15日
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In situ Electron Spin Resonance for Measurement of Defect Formation on Hexagonal Boron Nitride by Plasma Processing 国際会議
Kenichi Inoue, Takashi Kondo, Kenji Ishikawa, Masaru Hori
ISPlasma2024/IC-PLANTS2024/APSPT-13 2024年3月4日
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Quantitative analysis of reactive sites on hexagonal boron nitride treated by plasma processing in solution 国際会議
Kenichi Inoue, Naoto Takagi, Tsuyohito Ito, Yoshiki Shimizu, Kenji Ishikawa, Masaru Hori, and Kazuo Terashima
2023 MRS Fall Meeting & Exhibit 2023年11月29日
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大気圧プラズマ照射による六方 晶窒化ホウ素への欠陥導入大気 圧プラズマ照射による六方晶窒化ホウ素への欠陥導入
井上 健一 、近藤 隆 、石川 健治 、 堀 勝
第84回応用物理学会秋季学術講演会 2023年9月22日 応用物理学会
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Functionalization of hexagonal born nitride via plasma proessing in solution for preparation of polymer composite materials 国際会議
Kenichi Inoue, Naoto Takagi, Tsuyohito Ito, Yoshiki Shimizu, Kenji Ishikawa, Masaru Hori, and Kazuo Terashima
25th International Symposium on Plasma Chemistry (ISPC25) 2023年5月23日
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液中プラズマによるダングリングボンド形成を通じた六方晶窒化ホウ素への官能基修飾
井上 健一，高木 直人, 伊藤 剛仁, 清水 禎樹, 石川 健治, 堀 勝, 寺嶋 和夫
第70回応用物理学会春季学術講演会 2023年3月15日 応用物理学会
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Functionalization of carbon layer on hexagonal boron nitride formed by plasma processing in solution 国際会議
Kenichi Inoue, Tsuyohito Ito, Yoshiki Shimizu and Kazuo Terashima
ISPlasma2023/IC-PLANTS2023 2023年3月6日
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ヒドロキノン水溶液中プラズマによって形成したカー ボン層を有する六方晶窒化ホウ素の表面電荷
井上 健一, 伊藤 剛仁, 清水 禎樹, 寺嶋 和夫
第32回 日本MRS年次大会 2022年12月5日 日本MRS
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Carbon Layer Formation on Boron Nitride via a Plasma in Hydroquinone Solution 国際会議
Kenichi Inoue, Noritaka Sakakibara, Taku Goto, Tsuyohito Ito, Yoshiki Shimizu, Kenji Ishikawa, Masaru Hori, and Kazuo Terashima
ISPlasma2022/IC-PLANTS2022 2022年3月9日
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Boron Nitride Modified via Plasma Processing in Hydroquinone Solution for Preparation of Polyrotaxane Composite 国際会議
Kenichi Inoue, Taku Goto, Tsuyohito Ito, Yoshiki Shimizu, Yukiya Hakuta, Kohzo Ito, and Kazuo Terashima
2021 MRS Fall Meeting and Exhibit 2021年12月9日
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Spatiotemporal optical emission spectroscopy of plasma in solution 国際会議
Kenichi Inoue, Shion Takahashi, Noritaka Sakakibara, Susumu Toko, Tsuyohito Ito and Kazuo Terashima
ISPlasma2021/IC-PLANTS2021 2021年3月8日
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Hydrophilization of hexagonal boron nitride via plasma processing in hydroquinone solution
Kenichi Inoue, Taku Goto, Masaki Iida, Yoshiki Shimizu, Yukiya Hakuta, Tsuyohito Ito, and Kazuo Terashima
the 38th Symposium on Plasma Processing (SPP38) / the 33rd Symposium on Plasma Science for Materials (SPSM33) 2021年1月27日
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Generation and optical diagnostics of pulse-modulated microwave plasma in high-pressure argon 国際会議
Kenichi Inoue, Noritaka Sakakibara, Jaeho Kim, Tsuyohito Ito, and Kazuo Terashima
70th Annual Gaseous Electronics Conference (GEC) 2017年11月8日
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Microplasmas generated in flowing electrolyte solutions for aqueous processes
Kenichi Inoue, S. Stauss, Tsuyohito Ito, and Kazuo Terashima,
the 34th Symposium on Plasma Processing (SPP34) / the 29th Symposium on Plasma Science for Materials (SPSM29) 2017年1月16日
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0.1 - 5.0 MPaでの高密度マイクロ波Arプラズマの生成
井上 健一, シュタウス・スヴェン, 金 載浩, 榊原 教貴, 寺嶋 和夫
第26回 日本MRS年次大会 2016年12月20日 日本MRS
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大気圧を超える高圧マイクロ波プラズマの生成と診断
井上 健一, シュタウス・スヴェン, 金 載浩, 寺嶋 和夫
第63回応用物理学会春季学術講演会 2016年3月19日 応用物理学会
科研費 1
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研究課題/研究課題番号：23KJ1056 2023年4月 - 2026年3月
科学研究費助成事業 特別研究員奨励費
井上 健一
担当区分：研究代表者
配分額：4680000円 （ 直接経費：3600000円 、 間接経費：1080000円 ）
本研究課題では次世代ナノハイブリッド材料について、液相共存プラズマを用いた高効率な合成プロセス開発を目的としており、六方晶窒化ホウ素(h-BN)基板上への欠陥導入および有機化合物を前駆体とした自在な異種層合成を目指す。またその実現のため、プラズマプロセスのin situラジカル計測・表面分析技術も組み合わせて開発を行う。h-BNはグラフェン等の二次元材料に対する優れた絶縁基板として作用するだけでなく、近年はh-BN欠陥を利用した量子通信用の単一光子源や量子センサへの応用が注目されている。本研究によって高効率なナノハイブリッド材料・量子材料合成が実現すれば従来の転写法等に代わる革新的手法となる。
近年は異種物質を分子レベルで接合したナノハイブリッド材料が注目を集め、有機材料と無機材料の特性を両立した有機/無機複合材料や、異なる二次元物質に積層したヘテロ構造体の研究が盛んに進められている。本研究課題はプラズマによる非平衡反応場を活用することでナノ粒子表面での異種層形成を実現し、次世代ナノハイブリッド材料合成プロセスの開発を目的としている。
特に液相中で局所的にプラズマを生成する液中プラズマは、熱化を抑制しつつ液相中に溶解・分散させた有機化合物やナノ粒子表面の活性化が可能であり、任意の有機ラジカルを前駆体としたナノ粒子表面での高効率かつ選択的な異種層形成が期待できる。そのため本研究では、液中プラズマにおける①ナノ粒子表面活性化の過程と、②連鎖的な有機ラジカル生成過程を解明・制御することで、六方晶窒化ホウ素(h-BN)を初めとするナノ粒子表面での異種層形成を実現する。
これまでの研究から、液中プラズマによるh-BNの表面改質ではまず表面にダングリングボンドが形成し、そこが起点となって官能基やアモルファスカーボンの修飾が起こることが示されている。そこで本年度は表面活性化過程の解明のため、プラズマとh-BN表面の相互作用によるダングリングボンド形成過程、および形成したダングリングボンドに対する修飾反応過程を、電子スピン共鳴分析(ESR)を活用して調査した。具体的には大気圧プラズマ装置とESRを直結することで、h-BN表面でのダングリングボンド・欠陥形成過程をその場計測できるin situ ESRを開発し、反応メカニズム解明に取り組んだ。また液中プラズマ表面改質h-BNを大気環境下で長期間ESR分析を行うことで、空気酸化によるダングリングボンドへの修飾反応過程を明らかにし、さらに定量的な分析による速度論的解析を実現した。
これまでの研究では水溶液中プラズマを用いることで、六方晶窒化ホウ素(h-BN)粒子表面でのアモルファスカーボン層形成に成功しており、有機／無機複合材料の開発に応用してきた。その過程でプラズマ処理によってh-BN粒子表面で形成するダングリングボンドがカーボン層の接着に寄与していることが示唆されている。そのため本研究課題では、異種層合成および接着の起点となるダングリングボンドの形成メカニズムの解明も計画に含めている。
本年度は基板材料となる六方晶窒化ホウ素(h-BN)粒子を対象に大気圧プラズマ処理を行うことで、ダングリングボンドの形成を確認し、またその形成メカニズムの解明に重点的に取り組んだ。ダングリングボンドの検出は電子スピン共鳴(ESR)を用いて行い、当初の計画通りプラズマ処理下でのh-BN粒子表面でのダングリングボンド形成をその場計測するために大気圧プラズマリアクターとESR装置を直結したプラズマin situ ESRを開発した。プラズマin situ ESRを用いることで、プラズマ処理中のh-BNに含まれるダングリングボンド量の経時変化を観察でき、速度論的解析による反応メカニズムの分析が可能になった。
また本研究は最終的に液中プラズマを用いた異種層合成を目指しているため、本年度は液中プラズマ表面改質h-BNについても大気環境下での経時変化を長期的に追跡することで、ダングリングボンドに対する修飾反応過程解明にも取り組んだ。特に標準試料と比較することでダングリングボンド表面密度の定量化にも成功し、修飾反応過程について反応速度論と照らし合わせた解析が可能になったことも大きな成果である。
以上の通り、本年度は当初の研究計画の中から特にナノ粒子表面活性化過程の解明に重点的に取り組み、ダングリングボンドの形成・修飾過程の分析について着実な成果に繋げることができた。
本年度は目標となる六方晶窒化ホウ素(h-BN)粒子表面での異種層合成の起点となる、ダングリングボンドの形成を通じたプラズマによる表面活性化を解明し、十分な成果を得ることができた。次年度の研究計画では、これらのダングリングボンドと反応し異種層を形成するプラズマ活性種、特に液中プラズマによって生成する有機ラジカルについても解明に取り組む。液中プラズマにおける活性種の挙動は複雑であり、前駆体ラジカルの選択的生成と結合による異種層形成には、その解明と制御が課題となる。特にプラズマ相での電子衝突によるヒドロキシラジカル等の短寿命活性種の生成から、相を隔てて作用する準安定・長寿命な有機ラジカルに至るまでの連鎖的生成過程は計測に基づく理解が必要である。
研究計画では液中プラズマによって生成するラジカル種を、ダングリングボンドと同様に電子スピン共鳴(ESR)を用いて検出する。実際に本年度の間に液中プラズマプロセス装置を構築し、スピントラップ剤と反応させることで水素ラジカルやヒドロキシラジカル等の短寿命活性種をESRから検出することに成功している。さらに流路上の溶液のESR分析を可能にするフラットセルと、構築した液中プラズマプロセス装置を直結することで、液中プラズマin situ ESRの開発にも取り組んでいる。この液中プラズマin situ ESRを活用することで液中プラズマによって連鎖的に生成するラジカル種を直接その場観察でき、異種層合成の前駆体となる有機ラジカルの検出と生成メカニズムの解明に次年度は取り組む。これらの成果を経て、これまで取り組んできたh-BN表面上でのアモルファスカーボン層形成のメカニズムを解き明かすとともに、最終年度ではこれらの知見をもとに新たな構造のナノハイブリッド材料合成に取り組む計画である。