2019 Fiscal Year Research-status Report
粒子分散液の乾燥特性推算シミュレーションに基づく乾燥欠陥の課題解決
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19K15335
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
辰巳 怜 東京大学, 環境安全研究センター, 特任助教 (00749202)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | コロイド / 乾燥特性 / スキン層 / 偏析 / 数値シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
微粒子分散液の塗布・乾燥工程により電池電極など様々な機能材料が作製されている．乾燥の過程で粒子系構造の形成が誘起され，その構造が材料性能に反映される．それゆえ，乾燥において液の除去に加えて材料性能の制御がなされる必要があり，それらを阻害するスキン層や偏析などの乾燥欠陥（構造欠陥）の発生の防止が課題となる．そのための乾燥条件の探索が乾燥特性（乾燥対象の含有液量減少速度の時間変化）の測定を通じて行われているが，乾燥欠陥発生の体系的な理解は十分ではない．本研究では，乾燥特性を計算可能な粒子系構造ー乾燥速度を連成させた数理モデルを構築し，それを用いて，乾燥欠陥を防止するための操作条件として乾燥速度および分散液性状（分散・凝集性）を設計する指針を体系化することを目的とする．2019年度は，既に構築済みの乾燥場における粒子ブラウン運動のメソスケールモデルを発展させることで数値シミュレーションの開発を行い，それを用いて基礎的な検討を行った．得られた結果をまとめると以下の通りである：
１．乾燥過程において気液界面下では粒子濃縮層が成長する．濃縮層の構造から透水係数を評価し，乾燥速度に反映させる連成モデルを構築し，乾燥特性を計算可能な数値シミュレーションを開発した．
２．１の数値シミュレーションを用いて，粒子の分散・凝集性の乾燥特性への影響を見出した．特に，凝集性は乾燥初期の乾燥速度を下げるが，最終的には乾燥速度低下を抑制する．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまでのところで，乾燥特性を計算するための数理モデルの構築および数値シミュレーションプログラムの実装が完了し，粒子の分散・凝集性が乾燥特性に及ぼす影響の基礎的な知見を得られた．乾燥欠陥を防止するための操作条件の設計を本研究は目的としており，そのための基礎が整ったと言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
現在のところ，研究対象とする具体的な乾燥欠陥として，スキン層（気液界面での緻密な粒子層の形成），偏析（二種粒子混合系での組成分布の不均一化）を想定している．2019年度に開発した数値シミュレーションを用いて乾燥特性の計算を実施し，乾燥欠陥が発生する乾燥速度，粒子の分散・凝集性のパラメータ領域を明らかにする．偏析については，粒径比の影響にも着目する．
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