ロケット燃料用金属ナノ粒子の大量生産法の開発

• Project/Area Number: 17656273
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Aerospace engineering
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 永山 邦仁 九州大学, 大学院工学研究院, 教授 (20040446)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西山 貴史 九州大学, 大学院工学研究院, 助手 (80363381) ; 久保田 士郎 産業総合技術研究所, 爆発安全研究センター, 研究員 (00294893) ; 高橋 厚史 九州大学, 大学院工学研究院, 助教授 (10243924)
• Project Period (FY): 2005 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥3,300,000 (Direct Cost: ¥3,300,000); Fiscal Year 2006: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2005: ¥2,700,000 (Direct Cost: ¥2,700,000)
• Keywords: ナノ粒子 / ロケット燃料 / 高エネルギー物質 / 抵抗加熱法 / レーザー加熱

Research Abstract

何らかの方法でアルミ午ウムを蒸発させた後の凝集によるナノサイズ粒子の形成過程は、いくつものパラメータに依存している。本研究ではまず、レーザーアブレーション法による粒子の生成過程を調べ、高効率製作の指針とした。約1気圧のアルゴンガス雰囲気において純アルミターゲットを蒸発させ、生成したナノ粒子をTEM観察した。この場合、(1)捕集位置、(2)ガス圧、(3)レーザー周波数に加えて、(4)雰囲気ガス加熱および(5)プルーム膨張空間の制限という因子を加えて試験を行ってきた。
ナノサイズ粒子としてはやや大きめの粒子生成が目的であるので、昨年度得られた知見から粒子サイズを大きくするためには、(1)捕集位置はターゲットに近く、(2)高いガス圧で、(3)高いレーザー周波数であるほうがよい、という結論が得られている。
収率向上のためには、抵抗加熱法が有利であるので、今年度は、主として抵抗加熱法を採用した。この場合は収率は高くなるが大きすぎる粒子が得られるので、今年度は、アルゴンガスを流すことによる粒子生成域の拡大による粒子サイズ成長速度の抑制をはかることにした。
この結果、上述の因子のほかに、流速という新しいパラメータが加わり、粒子サイズの制御がより自由にデザインできるようになった。雰囲気ガスを流すのはこのような実験では通常行われることであるが、実際の生産の揚面ではガスを無駄にはできないので、回流型の生産装置を設計すればよいが、本研究では真空ボンプで少しつつ引きながら、雰囲気ガス圧力を設定値に保つ工夫をして実験した。
実験の結果、予測の通り、ガスを流さない条件の場合と比較して粒子サイズが小さくなることがわかった。抵抗加熱法では、雰囲気ガス圧力をあまり大きくできないが、そのかわり、ガス流速を変化させることによって粒径制御が可能であることが示された。