2018 Fiscal Year Research-status Report
ナノ粒子構造体の気中加熱による結晶成長促進と多成分系機能材料の合成
| Project/Area Number |
17K06903
|
|---|
| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
|---|
Principal Investigator |
レンゴロ ウレット 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10304403)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
|
| Keywords | エアロゾル / 微粒子 / 加熱 / 燃焼 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、原料ナノ粒子の懸濁液（コロイド）から気中に浮遊させた液滴群を高温場に導入し、任意のナノ粒子の構造体を形成させる。熱分解温度等の操作温度の低下を目指す省エネ型プロセスを開発することを目的としている。今年度の成果は以下の通りである。
(1)開発した静電噴霧法を用いて、原料として企業が合成したシリカ粒子を用いたが、今年度はロウソク燃焼より得られた炭素系粒子が原料として使用可能であることを見出した。ロウソク燃焼由来の粒子が水系およびアルコール系の液相中に優れた分散性を有することがわかった。
粒子の性情を調べるために、粒子を基板に集積させる2つのルートを試みた。ルート1（Dry法）では、気流を制御したチャンバー内で基板を高温場（炎の先端等）に接近させた。ルート2（Wet法）では、粒子を懸濁液に移し、気中分散し、集積させた。ラマン分光分析より、高温場（炎）の位置を変化させると疎水性粒子層または親水性粒子層が得られる。粒子層の性情におよぼすWet法の影響がない。190-2500nmの分光法より、近赤外領域でより高い吸光度を示す条件がある。スペクトルの違いは各ルートによって形成された粒子層の形態の違いによる。
(2)サブミクロン（数百nm）の蛍光コアシェル型シリカ系粒子の懸濁液を常温で気中分散し、40℃の基板に集積させるエアロゾル流システムを提案した。一般に常温から高温に微粒子の移動が難しいとされる。エアロゾル粒子の沈降の流動状態を数値シミュレーションにより調べた。蛍光顕微鏡法を用いて、堆積した粒子を観察した。出発原料の懸濁液濃度の変化による凝集粒子のサイズの変化は、見かけの（蛍光）サイズ分布の変化との相関が見出された。提案した方法により、真空イメージング分析（電子顕微鏡法SEMなど）を使用しなくても、サブミクロン粒子の輸送と集積の解析に適用できることがわかった。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
シリカ粒子などの市販の出発原料だけではなく、ろうそくのようなバイオマス燃焼より得られた炭素系微粒子も懸濁液の原料として有効であることがわかった。解析等の今後の展開のために新たな流体システム（チャンバー）設計・製作ができた。
|
| Strategy for Future Research Activity |
気中分散法を用いて、原料のナノ粒子の懸濁液から気中に浮遊させた液滴群を高温場に導入し、任意のナノ粒子の構造体を形成する。多様な構造体を得るために、数nmから数100nmの幅広いサイズの原料粒子を組み合わせる。加熱後の多成分系材料に対して、粒子の性状の計測を行い、反応温度の低下を目指しながら最適な粒子径と構造体を解析する。コロイド粒子を用いない溶液からの粒子構造体の合成も試みる。
|
| Causes of Carryover |
得られる粒子の集合体（構造体）の加熱とその後の解析には、加熱装置のみならじ、電子顕微鏡、結晶性回析、熱分析装置等の分析費用が必要となる。
|
