超音波を用いた溶融液凝固におけるマイクロ・ナノ構造のアクティブ制御

利用超声波主动控制熔体凝固中的微/纳米结构

基本信息

  • 批准号:
    22K03975
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.66万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2022-04-01 至 2025-03-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

本研究は、液固相変化に伴う結晶の成長とパターン形成を超音波の音響放射圧による力を利用してアクティブに制御することを目的とするものである。ここで制御されるミクロ構造は、バルク体において広範囲の階層スケールでの異方性発現を目指したものであり、潜熱蓄熱材や合金・半導体などの多様な環境材料への応用が期待される。研究の初年度となる本年度は、まず超音波発信系を備えた凝固観察システムを組み上げ、純水を供試した動的凝固の可視化実験を行なった。超音波発信系は、関数発生器からの電気信号をアンプで増幅し、凝固セルに設置した圧電素子にて試料内部に安定な定在波を形成させた。同時に、凝固場の温度計測にて、初期過冷度と冷却速度の変化を解析した。波形の観測にはオシロスコープを用い、振幅・周波数・位相差の変化を解析した。併せて、結晶成長の様相を偏光顕微鏡で観測し、動画として記録した。本年度で得られた主な成果を以下に示す。(1)対面する二つの超音波発信子から同位相の正弦周期波形を発信することにより、冷却過程にある試料内部に定在波を形成させた。定在波中に混入した固体粒子は実験周波数に対する波長の半値でほぼ等間隔に配列することが観測された。(2)超音波定在波の音響放射圧による力の解析モデルにより、媒質中の小球粒子が受ける力の向きは、媒質と粒子の密度で求まる特性量と、圧縮率の比によって決定され、純水中の氷粒子は定在波の節に集まることが明らかとなった。(3)冷却操作によって、試料融液の過冷却崩壊に伴う自由デンドライト成長ならびに外部冷却による伝熱支配の凝固過程が、結晶モフォロジーと配向性(偏向色)とともに観察することができた。しかしながら、超音波による氷晶の溶断と再配列は観測されなかった。今後の課題としては音圧の増大とともに、定在波維持のために行っている多段階冷却の条件設定を変化させ、氷晶の配列化を目指す。
In this study, liquid-solid phase transformation accompanied by crystal growth, formation, ultrasonic acoustic radiation pressure, the use of force, the purpose of control, and so on. The structure of this system is expected to be used as a latent heat storage material, alloy, semiconductor and heterogeneous environmental material. In the beginning of the study, the ultrasonic transmission system was prepared for coagulation observation, and the purified water was tested for coagulation visualization. The ultrasonic signal system increases the amplitude of the electrical signal from the transmitter, sets the setting of the voltage element, and stabilizes the wave formation inside the sample. At the same time, the temperature measurement of solidification field, the initial subcooling degree and the change of cooling rate are analyzed. Waveform measurement is based on the analysis of amplitude, frequency and phase difference. And the crystal growth phase polarization microscope to detect, animation and recording The main achievements for the year are shown below. (1) The ultrasonic transmitter of the second phase is transmitted from the sine periodic waveform in the same phase. During the cooling process, the fixed wave is formed inside the sample. Solid particles mixed in a fixed wave are measured at half the wavelength of the wave. (2) Ultrasonic wave fixed in the acoustic radiation pressure of the force analysis, medium particles in the force direction, medium particles density, to determine the characteristics of the quantity, compression ratio, determination, pure water particles in the wave node collection, light and light. (3) cooling operation, sample melt supercooling collapse accompanied by free temperature growth, external cooling, heat control solidification process, crystallization, alignment (color deviation), detection and detection. The ultrasonic wave is used to dissolve the crystal and re-arrange it. In the future, the problem of increasing the sound pressure, changing the condition of multi-stage cooling and arranging the crystal is pointed out.

项目成果

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专利数量(0)
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  • DOI:
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    大下健斗;義岡秀晃;経田僚昭;八賀正司
  • 通讯作者:
    八賀正司
超音波によるアイススラリーの状態計測 -エタノール水溶液の音速-温度相平衡状態図の構築
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  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    藤木優実;義岡秀晃;経田僚昭;八賀正司
  • 通讯作者:
    八賀正司
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  • 作者:
    藤木 優実;義岡 秀晃;経田 僚昭;八賀 正司;土橋由芽,佐藤隆太
  • 通讯作者:
    土橋由芽,佐藤隆太

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