2016 Fiscal Year Annual Research Report
Material process analysis by space-selective pulsed heating and its application
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26289266
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
越崎 直人 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40344197)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石川 善恵 国立研究開発法人産業技術総合研究所, ナノ材料研究部門, 主任研究員 (20509129)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ナノ材料 / パルス加熱 / 局所加熱 / 球状粒子 / 表面処理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
液体中に分散した熱容量の小さい粒子に選択的にパルスレーザー光を吸収させて溶融を引き起こさせることにより金属やセラミックスの結晶性サブミクロン球状粒子の作製する「液中レーザー溶融法」を開発した。この手法の本質は「局所的短パルス加熱」であり、従来の材料プロセスの「大空間長時間均一加熱」の対極をなす加熱法であるが、実際にその過程で起こっている現象の詳細は明らかになっていない。そこで、本研究ではこのプロセスのメカニズムを明らかにすることを目指して、生成物からのプロセス評価、高速分光評価、シミュレーションによる解析、の３つのアプローチにより研究を進めた。
生成物からのプロセス評価に関しては、パルス幅（40ps、7ns、50nsの3種類）の異なるレーザー光を利用して酸化亜鉛などのサブミクロン球状粒子を作製し、得られた粒子の形態観察からサブミクロン球状粒子生成レーザーフルーエンスのしきい値に及ぼすレーザーパルス幅の効果について検討した。その結果、パルス幅が短くなるほど球状粒子が生成するレーザーフルーエンスのしきい値が小さくなる傾向が認められた。この現象を説明するため、エネルギー損失を考慮に入れたモデルを用いてシミュレーションを行い、粒子と液体の界面に蒸気層が生成する仮定することで、このような現象をうまく説明することができた。また、この計算過程で生成が予測された蒸気層の可視化を目指した高速分光の検討も平行して進めた。さらに、蒸気層の生成時間は高々100ns程度、その厚さは表面から50nm程度、温度の急速な減少は蒸気膜の生成により短パルスレーザーを使うほど短時間に融点まで到達すること、液相をエタノールに変えると熱伝導度の違いを反映して蒸気膜の生成時間と表面から厚さが大きく増加することなどもシミュレーションにより明らかになった。
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| Research Progress Status |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(32 results)
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[Presentation] 液中レーザ溶融法の最近の進展2017
Author(s)
越崎 直人、石川 善恵、辻 剛志、中村 貴宏
Organizer
日本化学会 第97春季年会 (2017)
Place of Presentation
慶應義塾大学 日吉キャンパス、横浜市
Year and Date
2017-03-19
Invited
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