ウィスカ-の高密度連続生成と低温プラズマによる高効率表面処理システム

ウィスカ-はきわめて高い強度を有するため、FRPなどの複合材料の原料として注目される。しかし、ウィスカ-は回分操作で製造される場合が多く、使途を拡大するためには、エネルギ-効率と装置単位体積当たりの生産効率とが画期的に向上した生産システムを創製しなければならない。本研究では、気相反応法(CVD)によって、連続的にしかも高効率でカ-ボンウィスカ-を生産するとともに、CVD反応により表面修飾を行うプロセスを開発した。1.カ-ボンウィスカ-の製造 内径6cm、長さ1mのエロゾル反応器に霧化したフェロセンを吸き込み熱分解して、鉄の微粒子を水素ーチオフェンの混合気流中で生成させて触媒とし、炭素源としてベンゼンを熱分解し、カ-ボンウィスカ-を生成させた。この際、ジェットの広がりを流体力学的に制御して最適化した。カ-ボンウィスカ-は先端に微少な鉄粒子を有し、鉄粒子が触媒となって気相からの析出によって、高速度・高密度で成長した。反応管内の軸方向の位置を変えて、高耐熱マイクログリッド上に生成したウィスカ-を直接サンプリングし、ウィスカ-の成長速度を求めた。その結果、長さ方向の成長速度は150ー750nm・s^<-1>、太さ方向の成長速度はおよそ100nm・s^<-1>であることがわかった。2.鉄粒子をカ-ボン粗粒子上に担持し、ウィスカ-の生成を行なったこの場合には、硫黄源としては硫化水素が適当であった。3.得られたカ-ボンウィスカ-の表面処理を行なった。反応の励起エネルギ-としてはRFプラズマまたは外部加熱を用いた。粗粒子を流動化した層内に混合することによって、ウィスカ-も流動層処理ができることがわかった。

ウィスカ-はきわめて高い強度を有するため、FRPなどの複合材料の原料として注目される。しかし、ウィスカ-は回分操作で製造される場合が多く、使途を拡大するためには、エネルギ-効率と装置単位体積当たりの生産効率とが画期的に向上した生産システムを創製しなければならない。本研究では、気相反応法(CVD)によって、連続的にしかも高効率でカ-ボンウィスカ-を生産するとともに、CVD反応により表面修飾を行うプロセスを開発した。1.カ-ボンウィスカ-の製造 内径6cm、長さ1mのエロゾル反応器に霧化したフェロセンを吸き込み熱分解して、鉄の微粒子を水素ーチオフェンの混合気流中で生成させて触媒とし、炭素源としてベンゼンを熱分解し、カ-ボンウィスカ-を生成させた。この際、ジェットの広がりを流体力学的に制御して最適化した。カ-ボンウィスカ-は先端に微少な鉄粒子を有し、鉄粒子が触媒となって気相からの析出によって、高速度・高密度で成長した。反応管内の軸方向の位置を変えて、高耐熱マイクログリッド上に生成したウィスカ-を直接サンプリングし、ウィスカ-の成長速度を求めた。その結果、長さ方向の成長速度は150ー750nm・s^<-1>、太さ方向の成長速度はおよそ100nm・s^<-1>であることがわかった。2.鉄粒子をカ-ボン粗粒子上に担持し、ウィスカ-の生成を行なったこの場合には、硫黄源としては硫化水素が適当であった。3.得られたカ-ボンウィスカ-の表面処理を行なった。反応の励起エネルギ-としてはRFプラズマまたは外部加熱を用いた。粗粒子を流動化した層内に混合することによって、ウィスカ-も流動層処理ができることがわかった。