| 研究課題/領域番号 |
14350378
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
川崎 亮 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50177664)
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| 研究分担者 |
渡辺 龍三 東北大学, 教育情報研究部, 教授 (20005341)
康 燕生 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (80252716)
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| キーワード | ペルチェ冷却 / マイクロ粒子 / 熱電半導体 / 粒子配列 / マイクロデバイス / POEM法 / 単分散球形粒子 |
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| 研究概要 |
本提案の基礎として基礎研究を進めてきた、高精度な機能性マイクロ粒子(球形で厳密にサイズの揃った機能性粒子を10ミクロン-数100ミクロンの範囲で任意の均一粒径に制御できるプロセスを研究)をアセンブルすることにより、マイクロレベルの材料創製、組織制御を行う。
高精度な機能性マイクロ粒子(球形で厳密にサイズの揃った機能性粒子)を10ミクロン〜数100ミクロンの範囲で任意の均一粒径に制御できるプロセスを検討、直径50ミクロンの、均質微細組織を持つ熱電材料マイクロ粒子(Bi-Sb系)の作製を試みる。また、この熱電マイクロ粒子を制御配列することにより、規則的に制御された粒界構造を持つ配列体を作製し、その評価を行った。
メゾスコピック多層膜熱電材料の組織・組成の設計法および作製指針について理論的実験的検討を行い、その可能性について検討したが、膜厚制御の点で困難なことがあり、平成15年も引き続き検討することとした。
基本的要素である直径が200〜500ミクロンの均質微細組織を持つBi-Sb系単分散熱電マイクロ粒子を作製した。
POEMを用いて熱電単分散粒子の作製および噴射条件の最適化を行い、臨界変位直上付近でオリフィスとほぼ同径の直径203.1μmでS.D.1.63の球形単分散粒子を得ることができた。得られた粒子はほぼ球形であるが、Bi相の突起が観察された。また、表面は清浄であり、粒内組織は非常に微細なデンドライト状偏析組織であった。更に、ダイアフラムの変位量および自重・背圧を正確に制御することにより単分散粒子が作製可能であることがわかった。
粒子の形成過程及び粒子形成メカニズムについて熱流体解析を用いて溶湯の流れの可視化を行うことによって明らかにすることを試みた。その結果、オリフィスおよび補給管での溶湯流れを解析することにより粒子形成過程を明らかにした。また、変位量を正確に制御することによりオリフィスと同径の200μmの粒子が形成可能であることがわかった。更に、押し出された液滴の分裂には、液滴が自由表面がなす仕事量分の運動エネルギーをもつ必要があることがわかった。このことから、臨界変位がこの限界条件をあらわしており、この変位量以下では粒子が噴射されないことがわかった。粒内の速度分布が粒子の飛行形態に重要であり変位量が増加した場合、飛行中の液滴の速度差が大きくなり、液滴は分裂し微小粒子が形成されたと考えられる。
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