2021 Fiscal Year Annual Research 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 – 2022-03-31
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| Keywords | コロイド / 乾燥特性 / 電気伝導性 / 光学特性 / 構造色 / 数値シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電池電極の作製など微粒子分散液の塗布乾燥工程において，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．乾燥欠陥防止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．本研究は，数値シミュレーションを用いて乾燥欠陥防止条件を明らかにすることを目的としている．2021年度は，（１）乾燥後に得られる粒子系構造に影響する因子を把握した上で，構造と物性の関係を把握するべく，具体的な物性として（２）電気伝導性，（３）光学特性の評価を数値シミュレーションにより実施した．
（１）乾燥後に得られる構造への影響因子には，材料と操作の２種類がある．材料因子として粒子間凝集力と毛管力が挙げられ，後者が大きいほど構造の規則性が向上し，両者の比によって結果を統一的に整理できることを見出した．操作因子として乾燥速度が挙げられ，乾燥速度が大きいほど規則性が低下することを見出した．
（２）乾燥後の構造と電気伝導性の関係を解析をした．粒子のネットワーク構造を等価回路に置き換え，接点解析法により電気伝導率を計算した．電気伝導率は構造規則性が高いほど大きく，粒子間接触数と正の相関があることを見出した．また，絶縁粒子と導電粒子の混合系の乾燥構造では，前者の後者に対する粒径比が大きいほど導電粒子ネットワーク形成のパーコレーション閾値（導電パスを形成する導電粒子の配合割合の閾値）が低下し，電気伝導率が向上することを見出した．
（３）乾燥後の構造と光学特性の関係を解析をした．Maxwell方程式を数値的に解くFDTDシミュレーションにより，光の透過/反射スペクトルを計算した．構造規則性が高いほどBragg反射に由来する構造色が強く発現することを見出した．
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