超音速粒子衝突による光触媒酸化チタン粒子の固定化

超声速粒子碰撞固定化光催化氧化钛粒子

• 批准号: 20K19998
• 负责人: 渡邊 悠太
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Kurume National College of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K19998/
• 关键词: ショットコーティング; 酸化チタン; 光触媒; 付着効率; コールドスプレー; 固相粒子積層; エアロゾルデポジション

酸化チタンは光触媒作用を有する材料として環境浄化分野での利用が期待されている．しかしその固定化にはバインダーが必須とされ，バインダー利用に伴う光触媒性能の低下が問題となっている．本申請研究は光触媒用酸化チタンのバインダーレス固定化技術の開発を目指すものである．バインダーを用いない酸化チタンの固定化手法としては特殊なナノ構造を有するセラミックス粉末を用いたコールドスプレー法による超音速衝突固体接合が報告されている．コールドスプレー法とは特殊形状ノズルによって超音速にまで加速された作動ガス中に材料粉末を投入・加速し基材上に衝突堆積させる成膜技術である．前年度までの検討によって超音速まで加速しないショットコーティング法においても酸化チタンの成膜が確認されている．R4年度の本研究においては，ショットコーティング法を用いた光触媒用酸化チタン皮膜作製を目指しノズルトラバーサーを導入し一様な皮膜作製を行った．昨年度スポットでの成膜が確認された鉄，アルミニウム，銅基材に対して成膜を行ったところ一様な膜厚の皮膜を作製することができた．成膜条件と基材の種類の関係を見ると吹付圧力が低い条件では硬い鉄基材においてほかの基材よりも高い付着効率が得られたが吹付圧力が高い条件では鉄基材では皮膜の剥離を生じ，銅基材が高い付着効率を示した．これは粒子の付着には粒子が偏平することが必要となるためその駆動力の低い，低吹付圧力では硬い基材が有利であるが吹付圧力が上がり粒子の変形が促進されると鉄基材では基材変形が少なく十分な密着が得られないため剥離が生じたと考えられる．

氧化钛有望在环境纯化领域用作光催化材料。但是，粘合剂对于固定化是必不可少的，并且由于使用粘合剂而导致的光催化性能的恶化是一个问题。这项申请研究旨在开发用于光催化钛氧化钛的无结合固定技术。据报道，一种固定氧化钛的方法是使用具有特殊纳米结构的陶瓷粉末的冷喷雾方法。冷喷雾法是一种膜形成技术，其中将材料粉倒入工作气体中，通过特殊形状的喷嘴加速至超音速速度，然后碰撞沉积在基板上。考虑到上一年，即使在射击涂层方法中，也已经确认了氧化钛膜的形成，该方法不会加速到超音速速度。在2014年的这项研究中，我们引入了一个喷嘴Traverser，以使用Shot涂层方法制备用于光催化剂的氧化钛膜，并制造了均匀的涂层。当膜沉积在铁，铝和铜底物上时，该膜被确认沉积在去年现场时，我们能够产生均匀的厚度。看看膜形成条件与底物的类型之间的关系，硬铁底物的粘合剂效率高于低喷雾压力下的其他底物，但是对于高喷雾压力下的铁底物，发生涂层剥离，铜底物显示高粘附效率。这是因为需要将颗粒扁平化以使颗粒的粘附粘合，因此在低驱动力和低喷雾压力下，硬质底物是有利的，但是当喷雾压力升高并且促进颗粒的变形时，铁底物的衰落较小，没有足够的粘附力，则无法达到剥落。

项目成果

コールドスプレー法による酸化チタン成膜における残留応力の影響

残余应力对冷喷涂法形成钛氧化膜的影响

• 发表时间: 2020
• 作者: 渡邊悠太;山田 基宏;大図勇二郎;石橋和也;福本 昌宏
• 通讯作者: 福本 昌宏