多孔質フィルタにおけるスス粒子レベル電子顕微鏡可視化と能動的捕集制御

ディーゼルエンジン車には,排ガスに含まれるスス微粒子をろ過除去する多孔質製フィルタ(通称DPF)の装着が義務付けられている.確実なススの除去性能が求められる一方で,ススが堆積する際の圧力損失の上昇を最低限に抑えるため,スス捕集の能動的な制御技術および理想的なDPFの構造を構築することが昨今の技術の課題であり,そのために,ススの捕集現象をスス微粒子スケールにて明らかにすることは非常に重要である.本研究は高倍率高分解能をもつFE-SEMを用いて,ススを少量ずつ堆積させたDPFサンプルを繰り返し観察することで,時系列的なスス堆積の過程をスス微粒子レベルにて世界で初めて可視化することに成功した.本結果は従来から言われていたスス堆積モデルの裏付けあるいは新しいスス堆積計算モデルの構築に非常に有用な成果である.可視化結果より, 空孔が狭くなる領域において,ススの捕集箇所がDPF基材であるSiCの粒子上からすでに捕集されたスス上に遷移し，ススの樹状構造が局所的かつ加速的に成長することによって架橋が形成されることを明らかにした．また，空孔が狭くなるすべての領域においてこの局所的な樹状構造の成長は生じ得るが，一度上流にて架橋が形成されると,以降その下流においては新たなススの付着による樹状の成長が生じないため,架橋形成の位置が表面空孔内のススの堆積量を左右することを明らかにした．さらに,リアルタイム微粒子解析装置を用いてさまざまな空塔速度およびスス粒径布条件における表面空孔内に堆積するススの量を可視化によって定量的に評価・比較することで,ブラウン運動の寄与割合が大きいほど高まる架橋形成の効率がススの浸入深さおよび圧力損失の上昇を決定付ける因子であることを明らかにした.この結果はススの堆積を制御する上で非常に重要な知見と言える.

ディーゼルエンジン車には,排ガスに含まれるスス微粒子をろ過除去する多孔質製フィルタ(通称DPF)の装着が義務付けられている.確実なススの除去性能が求められる一方で,ススが堆積する際の圧力損失の上昇を最低限に抑えるため,スス捕集の能動的な制御技術および理想的なDPFの構造を構築することが昨今の技術の課題であり,そのために,ススの捕集現象をスス微粒子スケールにて明らかにすることは非常に重要である.本研究は高倍率高分解能をもつFE-SEMを用いて,ススを少量ずつ堆積させたDPFサンプルを繰り返し観察することで,時系列的なスス堆積の過程をスス微粒子レベルにて世界で初めて可視化することに成功した.本結果は従来から言われていたスス堆積モデルの裏付けあるいは新しいスス堆積計算モデルの構築に非常に有用な成果である.可視化結果より, 空孔が狭くなる領域において,ススの捕集箇所がDPF基材であるSiCの粒子上からすでに捕集されたスス上に遷移し，ススの樹状構造が局所的かつ加速的に成長することによって架橋が形成されることを明らかにした．また，空孔が狭くなるすべての領域においてこの局所的な樹状構造の成長は生じ得るが，一度上流にて架橋が形成されると,以降その下流においては新たなススの付着による樹状の成長が生じないため,架橋形成の位置が表面空孔内のススの堆積量を左右することを明らかにした．さらに,リアルタイム微粒子解析装置を用いてさまざまな空塔速度およびスス粒径布条件における表面空孔内に堆積するススの量を可視化によって定量的に評価・比較することで,ブラウン運動の寄与割合が大きいほど高まる架橋形成の効率がススの浸入深さおよび圧力損失の上昇を決定付ける因子であることを明らかにした.この結果はススの堆積を制御する上で非常に重要な知見と言える.