レ-ザ-蒸発・擬縮機構による機能性粒子の作製プロセス

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レ-ザ-蒸発・擬縮機構を利用した超微粒子生成装置を作成し,微粒子生成機構や試料の溶融・蒸発過程の解析およびその結果を基にしたプロセスの最適操作設計について検討し,以下の知見を得た。1.超微粒子の成長過程はブラウン擬集機構で表され,また生成粒子径も蒸発雰囲気の圧力によって容易に制御できることが確認された。生成微粒子の粒度分布は対数正規分布にほぼ従い,幾何標準偏差も1.3以下で比較的粒度のそろった球形微粒子が得られた。2.レ-ザ-パワ-の与え方などによる蒸発量の制御性をみる実験を行った。その結果,試料における溶融プ-ル生成後の蒸発速度はパワ-密度に依らず一定となることが判明した。また熱伝導度の異なる数種の試料充填容器を用いて外部へのエネルギ-消失速度と蒸発量の関係を実測し,試料有効熱伝導度との相関関係を得た。3.上記結果を基に試料内での伝熱と蒸発の現象を解析することを目的として,試料形態として固体と粉体を用いた場合分非定常熱解析を有限要素法を用いて行った。その結果,固体は高い熱伝導度のために熱の拡散が速く,溶融域形成までにはある程度の時間を要するが,粉体の場合には熱拡散率が固体の1%以下となり局所的な溶融が短時間で形成されることがシミュレ-トされ,実観察による結果ともよい一致を示した。また効率的に溶融域を形成するための,試料内部での温度勾配制御の必要性が各種条件下でのシミュレ-ションにより示された。4.粉体試料上部にレ-ザ-を照射した場合のエネルギ-吸収率は約3%であるが,試料形状を変化させてレ-ザ-を反復照射することにより約5%まで吸収率を向上させることが可能となった。