Development of a new particle deposition coating process using flame aerosol technologies

使用火焰气溶胶技术开发新的颗粒沉积涂层工艺

基本信息

批准号：
20J20823
负责人：
平野知之
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Hiroshima University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

(1) 微粒子の高耐久化：微粒子の酸に対する耐久性を向上させることを目的として，コアシェル構造をもつナノ構造化微粒子の合成を検討した。気相法を用いたコアシェル粒子のワンステップ合成には，精密な温度制御が必要となる。本研究では，同軸流拡散火炎の中心に，原料液滴を輸送するための流路として石英管を設置することで，液滴や微粒子に供給されるエネルギーを制御できることを見出した。このプロセスにより，内部に多数のコア粒子を有するコアシェル構造（マルチコアシェル構造）を有する微粒子の合成に成功し，高い耐久性を示すことを明らかにした。(2) 凝集構造を制御した触媒粒子の開発：一般的に火炎合成ナノ粒子は，粒子間が焼結したネッキング構造を有することが知られている。これらのネッキング構造は粒子の電子伝導性を向上させ，その凝集度を制御することが重要である。本研究では，気体燃料の拡散燃焼と液体燃料の噴霧燃焼を利用して，凝集構造を制御した電極触媒粒子の合成を試みた。気体燃料の拡散燃焼を用いた場合，火炎帯背後に広く高温領域が形成され，粒子成長・焼結が促進した結果，粗大な粒子が生成されることが分かった。一方，液体燃料の噴霧燃焼を用いた場合，液体前駆体の急速なガス化と急冷却による再析出により，微細な凝集ナノ粒子が形成された。(3) 大量合成に向けた火炎プロセスの開発：粉体を大量に処理できる火炎プロセスの開発を行った。生産性の向上のために，昨年度までに行った液体原料の供給に加えて，粉体原料の供給ができるように装置を改良した。開発した火炎装置は，粉体やガスの大量供給に対して安定に稼働し，粉体のキャリアガス流量の増加による消炎は確認されなかった。また，供給した粉体原料は，火炎中で効率的にエネルギーが供給されることで溶融し，球状化することが明らかとなった。

(1)提高微粒的耐久性：为了提高微粒对酸的耐久性，我们研究了具有核壳结构的纳米结构微粒的合成。使用气相法一步合成核壳颗粒需要精确的温度控制。在这项研究中，我们发现，通过在同轴扩散火焰的中心安装石英管作为输送原料液滴的通道，可以控制提供给液滴和颗粒的能量。通过这一过程，他们成功合成了内部含有大量核颗粒的核壳结构（多核壳结构）微粒，并证明了它们具有高耐久性。 (2)开发具有受控团聚结构的催化剂颗粒：众所周知，火焰合成的纳米颗粒具有颈缩结构，其中颗粒被烧结。这些颈缩结构提高了颗粒的电子传导性，控制它们的聚集程度很重要。在这项研究中，我们尝试利用气体燃料的扩散燃烧和液体燃料的喷雾燃烧来合成具有受控团聚结构的电催化剂颗粒。研究发现，当采用气体燃料扩散燃烧时，火焰区后面会形成较宽的高温区域，促进颗粒生长和烧结，导致粗颗粒的产生。另一方面，当使用液体燃料的喷雾燃烧时，由于液体前体的快速气化和快速冷却导致的再沉淀，形成细聚集的纳米颗粒。 (3) 开发用于大规模合成的火焰工艺：我们开发了一种可以处理大量粉末的火焰工艺。为了提高生产率，对设备进行了改进，除了去年供应的液体原料外，还能够供应粉末原料。所开发的火焰装置在供应大量粉末和气体的情况下稳定运行，并且没有观察到由于粉末载气流量的增加而导致火焰熄灭。还发现，通过火焰中有效的能量供应，所供应的粉末原料熔化并变得球状化。