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本研究では、単にかき回しても混ざらない微粒子同士を、均一あるいは任意の成分分布状態に「混合」させるための技術を開発する。時間に依存せず任意の成分分布をもつ微粒子の混合物を作るために、混合したい複数の微粒子を連続供給しながら、それぞれを多数に分割する。分割したもの同士を拡散混合することで局所的な混合比を保証し、その状態で全体を集約する。分割数を多くすれば、より精密な混合が可能になり、また粒子の拡散速度が速くなる。これを実現するために、3次元的な微細流路をもつ連続立体混合システムを開発する。この技術を用いて、たとえば金属からガラスへと無界面で変化する焼結体のような、成分比率が連続的に変化する物体を試作し、混合システムを評価する。
平成25年度は、前年度に引き続き、個々のプロセスを統合して、連続立体混合システムの構築を行った。システムを評価するために、試作したシステムを用いて、種々の微粒子の連続立体混合を試みた。
前年度までに、粒径が20μｍ程度以上であれば粒子同士の凝集が抑えられることがわかっていたが、構成比率を動的に制御した混合を行う場合には、流量の脈動を抑えること、分割比率を安定化させることが課題である。そこで、前者の問題を解決するためにスクリューポンプのらせん溝を微細化・並列化するとともに、スクリュー自体を短くしてかつ回転数を上げ、脈動の振幅を低減させることに成功した。後者の問題のためには、分割流路の加工順序を最適化させることで、分割比率の不安定要因を解消した。これらにより、混合する粒子の構成比率を動的に制御することが可能となり、デモンストレーションとして2種の粒子の比率が時間的に変化するグラデーション混合を行い、その性能を確認した。
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