Development of a new particle deposition coating process using flame aerosol technologies

使用火焰气溶胶技术开发新的颗粒沉积涂层工艺

基本信息

批准号：
20J20823
负责人：
平野知之
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Hiroshima University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

(1) 微粒子の高耐久化：微粒子の酸に対する耐久性を向上させることを目的として，コアシェル構造をもつナノ構造化微粒子の合成を検討した。気相法を用いたコアシェル粒子のワンステップ合成には，精密な温度制御が必要となる。本研究では，同軸流拡散火炎の中心に，原料液滴を輸送するための流路として石英管を設置することで，液滴や微粒子に供給されるエネルギーを制御できることを見出した。このプロセスにより，内部に多数のコア粒子を有するコアシェル構造（マルチコアシェル構造）を有する微粒子の合成に成功し，高い耐久性を示すことを明らかにした。(2) 凝集構造を制御した触媒粒子の開発：一般的に火炎合成ナノ粒子は，粒子間が焼結したネッキング構造を有することが知られている。これらのネッキング構造は粒子の電子伝導性を向上させ，その凝集度を制御することが重要である。本研究では，気体燃料の拡散燃焼と液体燃料の噴霧燃焼を利用して，凝集構造を制御した電極触媒粒子の合成を試みた。気体燃料の拡散燃焼を用いた場合，火炎帯背後に広く高温領域が形成され，粒子成長・焼結が促進した結果，粗大な粒子が生成されることが分かった。一方，液体燃料の噴霧燃焼を用いた場合，液体前駆体の急速なガス化と急冷却による再析出により，微細な凝集ナノ粒子が形成された。(3) 大量合成に向けた火炎プロセスの開発：粉体を大量に処理できる火炎プロセスの開発を行った。生産性の向上のために，昨年度までに行った液体原料の供給に加えて，粉体原料の供給ができるように装置を改良した。開発した火炎装置は，粉体やガスの大量供給に対して安定に稼働し，粉体のキャリアガス流量の増加による消炎は確認されなかった。また，供給した粉体原料は，火炎中で効率的にエネルギーが供給されることで溶融し，球状化することが明らかとなった。

（1）提高细颗粒的耐用性：我们研究了具有核心壳结构的纳米结构的细颗粒的合成，目的是提高细颗粒对酸的耐用性。使用蒸气相的核心壳颗粒的一步合成需要精确的温度控制。在这项研究中，我们发现，通过安装石英管作为在同轴流扩散火焰中心运输原材料液滴的流动路径，可以控制提供给液滴和细颗粒的能量。该过程已用于成功合成具有核心壳结构（多核壳结构）的细颗粒，内部有大量的核心颗粒，并且已证明它是高度耐用的。（2）具有控制聚集结构的催化剂颗粒的发展：通常知道火焰合成纳米颗粒具有颈部结构，其中颗粒被烧结。重要的是，这些颈部结构可以改善颗粒的电子电导率并控制其内聚力。在这项研究中，我们试图通过利用气态燃料的扩散燃烧和液体燃料的喷雾燃烧来合成具有控制聚集结构的电催化颗粒。当使用气态燃料的扩散燃烧时，在火焰区域后面形成了一个宽的高温区域，并促进了颗粒的生长和烧结，从而产生了粗糙的颗粒。另一方面，当使用液体燃料的喷雾燃烧时，由于液体前体的快速气化和由于快速冷却而重新沉积，形成了精细的聚集的纳米颗粒。（3）针对质量综合的火焰过程的开发：我们开发了一个可以处理大量粉末的火焰过程。为了提高生产率，设备得到了改进，因此除了去年执行的液体原材料的供应外，还可以提供粉末原料。开发的火焰装置在大量的粉末和气体供应中稳定运行，并且由于粉末的载气流速增加，因此没有确认火焰灭绝。还揭示了所提供的粉末原料融化，并在火焰中有效提供能量时会变成球形。