誘導帯電現象を利用した気相中の微粒子積層技術の研究

利用感应充电现象的气相细颗粒堆积技术研究

基本信息

批准号：
21K14449
负责人：
庄山瑞季
金额：
$ 2.91万
依托单位：
National Institute of Occupational Safety and Health,Japan
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

気相中で固体粒子が有する付着性をそのまま利用する積層造形技術は、一般に利用されているめっき法、蒸着法、溶射法と比べて低コストで、薬液使用による環境負荷や熱による材料変質、組成変化がないというメリットがある一方、粒子の分散状態を保持することが難しい。本研究では、電場と振動を利用した気相中の微粒子積層技術の確立を目指す。これにより、個々の粒子の帯電と運動を同時に制御し、分散させた状態で積層させることができるため、粒子を短時間で連続的に移送・供給するシステムにおける積層デザインが可能となる。2021年度は、複数の網電極と静電加速器を利用して粉体を鉛直下向きに輸送したのちターゲット電極上に堆積させる方法、および電場と紫外線を併用してより多くの粒子を帯電・浮揚させる方法を見出した。また、粒子混合によって積層粒子内の電荷蓄積を抑制できる可能性を示した。2022年度は、上記で得られた知見を基に、多層網電極によって水平方向および鉛直上向きに粒子を分散しながら輸送する新しいシステムを用いた実験を行った。２０２２年度の研究実績は以下の通りである。1.一層おきに同電位となるよう直流電圧が印可された多層網電極を有する新しい粒子の分散輸送システムを用いて、数十ミクロンサイズの粉体の分散輸送実験を行い、粒子の供給位置と輸送効率の関係を明らかにした。2.多層網電極によって形成される複合電場と、その電場中で輸送される粒子の運動を解析した。また、電極内の粒子の輸送が拡散によるものであると仮定して粒子の濃度分布をモデル化し、その数値計算の結果と実験結果の比較を行うことで、粒子の分散と輸送メカニズムを解明した。

增材制造技术利用气相中固体颗粒的粘附特性，成本比常用的电镀、气相沉积和热喷涂方法更低，并减少了因使用化学品而造成的环境影响以及因材料劣化而造成的环境影响。虽然它具有不改变成分的优点，但难以保持颗粒的分散状态。在这项研究中，我们的目标是建立一种利用电场和振动在气相中堆积细颗粒的技术。这使得可以同时控制单个颗粒的电荷和运动并将它们以分散状态堆叠，从而可以在短时间内连续传输和供应颗粒的系统中设计堆叠层。 2021年，我们将使用多个网状电极和静电加速器垂直向下输送粉末，然后将其沉积在目标电极上，我们将使用电场和紫外线的组合来充电和悬浮更多的颗粒。方式。我们还证明了通过颗粒混合抑制层压颗粒内电荷积累的可能性。 2022年度，基于上述知识，我们使用多层网络电极在水平和垂直向上分散颗粒的同时传输颗粒的新系统进行了实验。 2022年的研究结果如下。 1. 采用新型颗粒分散传输系统，采用多层网络电极，施加直流电压，使各层具有相同的电势，我们对几十微米尺寸的粉末进行了分散传输实验，并确定了明确了颗粒供给位置与输送效率之间的关系。 2.分析了多层网络电极形成的复合电场以及电场中传输的粒子的运动。此外，通过假设电极内的颗粒传输是由于扩散而对颗粒浓度分布进行建模，并将数值计算结果与实验结果进行比较，我们阐明了颗粒分散和传输机制。

项目成果

期刊论文数量（15）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Effects of Direction and Strength of External Electric Field on Particle Charging and Levitation under UV Irradiation

紫外辐射下外电场方向和强度对粒子荷电和悬浮的影响

DOI：
10.1109/ias48185.2021.9677386
发表时间：
2021
期刊：
Conference Record of the IEEE Industry Applications Society Annual Meeting (IAS)
影响因子：
0
作者：
Mizuki Shoyama;Taiki Sugaya;Shuji Matsusaka
通讯作者：
Shuji Matsusaka

複合電場と振動を利用した粒子の新しい連続分散供給と混合

利用电场和振动相结合的新型连续分散供给和颗粒混合