| 研究課題/領域番号 |
15K05843
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| 研究機関 | 中部大学 |
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研究代表者 |
平沢 太郎 中部大学, 工学部, 准教授 (30350987)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 火炎合成反応場の制御 / 粒子温度履歴の計測 / 還元合成の実現 |
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| 研究実績の概要 |
微小火炎相互の干渉によって、マイクロ径の燃料ノズル群の上には、対流の影響が少ない低Peclet数流れ場にCO濃度が高く還元性の高い微小火炎群を形成することができる.本研究はこの微小火炎群を粒子化学合成の反応場として利用し、その反応場を制御する技術の開発を目的としている。
本研究開始後これまでに、粒子が添加された噴流の「温度分布」ならびに「速度分布」を計測したことで、添加粒子の「温度履歴」を求めることに成功した。これにより、実験パラメータ(燃料及び空気の噴出速度)が、粒子の「加熱温度」ならびに「加熱時間」に与える影響を検討することができた。
本年度は，これまでのノズルピッチ2.5mmのバーナに加えて、ノズルピッチ2.0mm, 2.25mm, 2.75mm 3.0mm, 4.0mmについても燃料流量および空気流量をパラメータとして、CH*発光の画像計測により融合状態とその際の火炎構造の変化を調査し、ノズルピッチの影響も明らかにした。
さらに、これまでの研究成果を活かし、還元性の高い火炎構造をとらせることにより、気流に導入した酸化金属粒子に酸素欠損を生じさせ、低次酸化金属粒子の合成にも成功した。この成功を元に、さらに反応場を系統的に制御することで、今後は酸化金属の酸素欠損の反応を制御することも期待される。
なお、バーナとの熱の授受を中心に微小火炎群の熱的構造について検討した結果をまとめ、その成果は実験力学, Vo.17, No.4に掲載された。また、窒化タンタル粒子を添加した微小火炎群の熱的構造について検討した結果をまとめ、その成果はExperimental Thermal and Fluid Science, Vol. 96に掲載された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本年度はこれまでの研究成果を活かし、還元性の高い火炎構造をとらせることにより、酸化金属粒子の酸素欠損を生じさせ、低次酸化金属粒子の合成に成功した。粒子をメタン火炎に通過させての粒子の還元合成は、研究代表者の知る限りにおいてこれまで報告例がない。この点は当初の計画以上の進展である。CH*発光の画像計測により、これまでのノズルピッチ2.5mmのバーナに加えて、ノズルピッチ2.0mm, 2.25mm, 2.75mm 3.0mm, 4.0mmについても燃料流量および空気流量をパラメータとして、融合状態とその際の火炎構造を調査した。これにより、火炎構造の変化について広い範囲で把握することができた。このデータにより、加熱温度や時間だけで無く、粒子を酸化させるのか、還元させるのか、目的の反応に合わせて条件を選択できる。
バーナとの熱の授受を中心に微小火炎群の熱的構造について検討した結果をまとめ、その成果は実験力学, Vo.17, No.4に掲載された。また、窒化タンタル粒子を添加した微小火炎群の熱的構造について検討した結果をまとめ、その成果はExperimental Thermal and Fluid Science, Vol. 96に掲載された。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度は、還元性の高い火炎構造をとらせることにより、酸化金属粒子の酸素欠損を生じさせ、低次酸化金属粒子の合成に成功した。今後は、合成した低次酸化金属粒子の酸素欠損の状態を詳細に分析し、電気化学的特性を含めて調査する。さらに、実験パラメータ(燃料及び空気の噴出速度、バーナのノズルピッチ)が、粒子の「加熱温度」ならびに「加熱時間」に与える影響に関する調査を継続し、調査結果を充実させることで、より広い範囲で系統的な反応場の制御を実現する。これにより、今後は酸化金属の酸素欠損状態を制御することを目指す。すなわち、火炎による金属粒子の還元合成の有用性を示し、新たな材料合成分野を切り開くことを目指す。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本年度はこれまでの研究成果を活かし、還元性の高い火炎構造をとらせることにより、酸化金属粒子の酸素欠損を生じさせ、低次酸化金属粒子の合成に成功した。粒子をメタン火炎に通過させての粒子の還元合成は、研究代表者の知る限りにおいてこれまで報告例がなく、貴重な発見である。しかしながら、この合成の成功が年度末間際であったため、次年度に予算を繰り越し、合成粒子の詳細な分析やその成果の発表のために使用したい。
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