誘導帯電現象を利用した気相中の微粒子積層技術の研究

気相中で固体粒子が有する付着性をそのまま利用する積層造形技術は、一般に利用されているめっき法、蒸着法、溶射法と比べて低コストで、薬液使用による環境負荷や熱による材料変質、組成変化がないというメリットがある一方、粒子の分散状態を保持することが難しい。本研究では、電場と振動を利用した気相中の微粒子積層技術の確立を目指す。これにより、個々の粒子の帯電と運動を同時に制御し、分散させた状態で積層させることができるため、粒子を短時間で連続的 に移送・供給するシステムにおける積層デザインが可能となる。2021年度は、複数の網電極と静電加速器を利用して粉体を鉛直下向きに輸送したのちターゲット電極上に堆積させる方法、および電場と紫外線を併用してより多くの粒子を帯電・浮揚させる方法を見出した。また、粒子混合によって積層粒子内の電荷蓄積を抑制できる可能性を示した。2022年度は、上記で得られた知見を基に、多層網電極によって水平方向および鉛直上向きに粒子を分散しながら輸送する新しいシステムを用いた実験を行った。２０２２年度の研究実績は以下の通りである。1.一層おきに同電位となるよう直流電圧が印可された多層網電極を有する新しい粒子の分散輸送システムを用いて、数十ミクロンサイズの粉体の分散輸送実験を行い、粒子の供給位置と輸送効率の関係を明らかにした。2.多層網電極によって形成される複合電場と、その電場中で輸送される粒子の運動を解析した。また、電極内の粒子の輸送が拡散によるものであると仮定して粒子の濃度分布をモデル化し、その数値計算の結果と実験結果の比較を行うことで、粒子の分散と輸送メカニズムを解明した。

気相中で固体粒子が有する付着性をそのまま利用する積層造形技術は、一般に利用されているめっき法、蒸着法、溶射法と比べて低コストで、薬液使用による環境負荷や熱による材料変質、組成変化がないというメリットがある一方、粒子の分散状態を保持することが難しい。本研究では、電場と振動を利用した気相中の微粒子積層技術の確立を目指す。これにより、個々の粒子の帯電と運動を同時に制御し、分散させた状態で積層させることができるため、粒子を短時間で連続的 に移送・供給するシステムにおける積層デザインが可能となる。2021年度は、複数の網電極と静電加速器を利用して粉体を鉛直下向きに輸送したのちターゲット電極上に堆積させる方法、および電場と紫外線を併用してより多くの粒子を帯電・浮揚させる方法を見出した。また、粒子混合によって積層粒子内の電荷蓄積を抑制できる可能性を示した。2022年度は、上記で得られた知見を基に、多層網電極によって水平方向および鉛直上向きに粒子を分散しながら輸送する新しいシステムを用いた実験を行った。２０２２年度の研究実績は以下の通りである。1.一層おきに同電位となるよう直流電圧が印可された多層網電極を有する新しい粒子の分散輸送システムを用いて、数十ミクロンサイズの粉体の分散輸送実験を行い、粒子の供給位置と輸送効率の関係を明らかにした。2.多層網電極によって形成される複合電場と、その電場中で輸送される粒子の運動を解析した。また、電極内の粒子の輸送が拡散によるものであると仮定して粒子の濃度分布をモデル化し、その数値計算の結果と実験結果の比較を行うことで、粒子の分散と輸送メカニズムを解明した。