Kyushu University Academic Staff Educational and Research Activities Database
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Takayuki Watanabe Last modified date:2018.06.18

Professor / Product System Engineering
Department of Chemical Engineering
Faculty of Engineering


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http://www.chem-eng.kyushu-u.ac.jp/lab5/index-e.html
Thermal plasmas have attracted extensive attention due to their unique advantages, and it is expected to be utilized for a number of industrial applications such as plasma spraying, film deposition, decomposition of harmful materials, recovery of useful materials from wastes, and synthesis of high-quality and high-performance nanoparticles. The advantages of thermal plasmas including high enthalpy to enhance reaction kinetics, high chemical reactivity, and oxidation or reduction atmospheres in accordance with required chemical reactions are beneficial for innovative processing. .
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092-802-2745
Fax
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Academic Degree
Dr. of Engieering
Country of degree conferring institution (Overseas)
No
Field of Specialization
Plasma Chemistry, Plasma Processing
Total Priod of education and research career in the foreign country
00years10months
Outline Activities
Thermofluid and Heat Transfer Phenomena in Thermal Plasma System
Environmental Processing using Plasma Chemistry
Nanomaterial Synthesis using Thermal Plasmas
Green Process using Atmospheric Plasmas
Next Generation Energy System Development
Lunar Resources Utilization
Research
Research Interests
  • Thermofluid and Heat Transfer Phenomena in Thermal Plasma System
    Environmental Processing using Plasma Chemistry
    Nanomaterial Synthesis using Thermal Plasmas
    Green Process using Atmospheric Plasmas
    Next Generation Energy System Development
    Lunar Resources Utilization
    keyword : Thermal plasma, Atmospheric Plasma, Nanoparticle Synthesis, Waste Treatment, Plasma Chemistry, Plasma Processing
    2013.04~2023.03.
Academic Activities
Papers
1. Manabu Tanaka, Taro Hashizume, Koki Saga, Tsugio Matsuura, and Takayuki Watanabe, Diode-Rectified Multiphase AC Arc for Improvement of Electrode Erosion Characteristics, Journal of Physics, D: Applied Physics, https://doi.org/10.1088/1361-6463/aa8cac, 50, 46, 465604, 2017.10.
2. Feng Liang, Manabu Tanaka, Sooseok Choi, Takayuki Watanabe, Formation of Different Arc-Anode Attachment Modes and their Effect on Temperature Fluctuation for Carbon Nanomaterial Production in DC Arc Discharge, Carbon, https://doi.org/10.1016/j.carbon.2017.02.084, 117, 100-111, 2017.06.
3. Feng Liang, Manabu Tanaka, Sooseok Choi, Takayuki Watanabe, Investigation of the Relationship between Arc-Anode Attachment and Anode Temperature for Nickel Nanoparticle Production by DC Arc Discharge, Journal of Physics D: Applied Physics, http://dx.doi.org/10.1088/0022-3727/49/12/125201, 49, 12, 125201, 2016.02.
4. Takayuki Watanabe, Yaping Liu, Tanaka Manabu, Investigation of Electrode Phenomena In An Innovative Thermal Plasma for Glass Melting, Plasma Chemistry and Plasma Processing, http://dx.doi.org/10.1007/s11090-014-9530-8, 34, 3, 443-456, 2014.04.
5. Yaochun Yao, Takayuki Watanabe, In-Flight Melting Bahavior of Grannulated Alkali-Free Raw Material in Induction Thermal Plasmas, Plasma Chemistry and Plasma Processing, http://dx.doi.org/10.1007/s11090-013-9490-4, 33, 6, 1111-1119, 2013.12.
6. TianMing Li, Takayuki Watanabe, Kaoru Ochi, Koji Ohtsuki, Liquid waste decomposition by long DC arc under atmospheric pressure, Chemical Engineering Journal, 10.1016/j.cej.2013.07.003, 231, 152-162, 2013.09.
Presentations
1. Takayuki Watanabe, Shuhei Yoshida, Tadashi Nonaka, Takahiro Sone, and Manabu Tanaka, Oxide Nanoparticle Synthesis by Thermal Plasmas for Lithium Ion Battery Electrode, The 4th Annual Symposium of Nonferrous Metallurgy of China, 2017.11, リチウムイオン電池の負極材料としては,グラファイトの10倍以上の理論容量を有していることからシリコンが期待されているが,シリコンの使用に関連する課題として充放電時の体積変化の問題がある。この課題を解決するアプローチとして,熱プラズマによるアモルファスシリコンやカーボン被覆シリコンナノ粒子の合成が期待されている。一方,正極材料は高エネルギー密度,良好なサイクル特性,安全性,低コストなどが要求課題となっており,正極材料をナノ粒子化することで比表面積が増大することから反応速度の向上が見込まれ,この分野でも熱プラズマによる正極材料ナノ粒子の合成が期待されている。本論文ではではリチウムイオン電池の現状と将来展望をはじめとし,熱プラズマによるナノ粒子合成の特徴を議論し,今後のリチウムイオン電池の材料開発における熱プラズマの役割を議論した。.
2. Takayuki Watanabe, Thermal Plasma Processing for Lithium Ion Battery Application, The 4th International Symposium on Hybrid Materials and Processing, 2017.11, リチウムイオン電池には,高容量化と高出力化による航続距離と充電速度に対する高性能化が求められており,負極材料としては,グラファイトの10倍以上の理論容量を有していることからシリコンが期待されているが,シリコンの使用に関連する課題として充放電時の体積変化の問題がある。この課題を解決するアプローチとして,熱プラズマによるアモルファスシリコンやカーボン被覆シリコンナノ粒子の合成が期待されている。一方,正極材料は高エネルギー密度,良好なサイクル特性,安全性,低コストなどが要求課題となっており,正極材料をナノ粒子化することで比表面積が増大することから反応速度の向上が見込まれ,この分野でも熱プラズマによる正極材料ナノ粒子の合成が期待されている。本論文ではではリチウムイオン電池の現状と将来展望をはじめとし,熱プラズマによるナノ粒子合成の特徴を議論し,今後のリチウムイオン電池の材料開発における熱プラズマの役割を議論した。.
3. Takayuki Watanabe, Yutaro Ozeki, and Manabu Tanaka, Thermal Plasma Characterizations for Environmental Application, The 11th Asian-European International Conference on Plasma Surface Engineering, 2017.09, 水プラズマは水を原料としてプラズマを発生させる手法である.豊富なH,O,OHラジカルによる高活性およびプラズマの持つ高エンタルピーという特長から,物質の大量処理を見込んだ廃棄物処理技術への応用が検討されている..
4. Takayuki Watanabe, Taro Hasgizume, Tomoyuki Imatsuji, Tanaka Manabu, High-Speed Visualization of Thermal Plasma Characteristics, 31st International Congress on High-Speed Imaging and Photonic, 2016.11, プラズマ流はその複雑な現象に由来する計測の難しさがあり,可視化には限界があった。最近は高速度カメラとバンドパスフィルターを組み合わせることによって,高輝度のアーク中の移動現象を非接触で定量的な計測が可能なシステムが開発されており,様々な分野で有力な研究・開発手段として活用されるようになっている。この新領域研究会においては,反応性熱流体であるプラズマ流の移動現象やプラズマプロセッシングの反応過程を解明することを目的とした。.
5. Takayuki Watanabe, Water Thermal Plasmas for Environmental Application, The 10th Asian-European International Conference on Plasma Surface Engineering, 2015.09, 水プラズマは水を原料としてプラズマを発生させる手法である.豊富なH,O,OHラジカルによる高活性およびプラズマの持つ高エンタルピーという特長から,物質の大量処理を見込んだ廃棄物処理技術への応用が検討されている..
6. Takayuki Watanabe, Multi-Phase AC Arc for Innovative Glass Melting, 13th European Plasma Conference, 2014.06, プラズマプロセッシングの開発には電極におけるアークの物理現象の解明が重要である。新しいプラズマプロセッシングのために開発した新規の多相交流アークに関する招待講演を行った。このプラズマは直径が100 mm以上のアークを発生することができ,エネルギー効率が高いことが利点である。.
7. Takayuki Watanabe, Innovative Thermal Plasma Processing from Fundamental Research, 21st International Symposium on Plasma Chemistry, 2013.08, プラズマプロセッシングの開発には電極におけるアークの物理現象,新規のプラズマ発生方法,プラズマの流体解析等の基礎研究が必須である。これらの基礎研究に基づく新しいプラズマプロセッシングの開発に関する基調講演を行った。新規のガラス溶融技術として注目されているインフライト溶融技術は,造粒したガラス原料を熱プラズマ中で瞬時に溶解する方法である。このインフライト溶融は,シーメンス炉の複雑な原料溶解過程を一本の熱プラズマで置き換えてしまう方式であり,この技術が成功すれば大半のガラス製造プロセスに適用することが可能となり,溶融炉の大幅な小型化と消費エネルギーの大幅な削減ができる。.
Membership in Academic Society
  • International Plasma Chemistry Society
  • The Japan Society of Applied Physics
  • The Society of Chemical Engineers, Japan
  • The Japan Society of Mechanical Engineers
  • The Japan Society of Plasma Science and Nuclear Fusion Research
  • The Society of Inorganic Materials, Japan
  • Smart Processing Society for Material, Environment & Energy
Awards
  • Development of innovative plasma processing and establishment of plasma analysis
  • Waste Treatment by Plasmas under Atmospheric Pressure
  • Modeling of plasma flows
Educational
Educational Activities
fundamental Physics IA for Freshman, Fundamental Fluid Dynamics and Chemical Engineering Fluid Dynamics in Undergraduate school. Environmental Fluid Transport Phenomena in Graduate school.