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粒子設計

ナノクリエータ(R) FCM ナノ粒子合成装置

Fig. 1 ナノクリエータ FCM-MINI

Fig. 1 ナノクリエータ FCM-MINI

概要

単独の装置で金属酸化物ナノ粒子の合成を可能にした。
同じ物質であってもナノ粒子は大きなサイズの粒子と異なり(1)量子サイズ効果、(2)比表面積の増加に伴う高活性、高反応性、(3)溶解度、拡散速度の向上、(4)焼結温度の低下などが期待されるため、数多くの研究がなされてきた。しかし簡単な手法でさまざまな種類のナノ粒子を合成する装置がなく、ナノ粒子の用途開発を阻害する原因のひとつとなっていた。
この現状を打破すべく、ほとんどすべての酸化物ナノ粒子や複合酸化物ナノ粒子を1台で作製できる装置を開発した。FCM-MINIは操作性・分解洗浄性に優れ、シンプルな機器構成で省スペースのため、特に研究開発用途に適する。
研究開発の次の段階として、より高処理量の要望に対して開発された連続式の、ナノ粒子合成装置がナノクリエータFCM-400Fである。FCM-MINIと同等のナノ粒子が合成できる。

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原理・構造

酸化物ナノ粒子の合成を、プロパンガスと酸素ガスを燃焼させた火炎を熱源として行う。火炎の中に金属の元素を含んだ原料溶液を供給し、金属を酸化反応させて酸化物ナノ粒子を得る。酸化反応後に適切な冷却を行うことにより粒子径が増大する前に反応を停止させることで、細かい粒子(ナノ粒子)を合成する。
FCM-MINIは、ナノ粒子合成ノズル、製品捕集機、吸引エジェクタで構成される。ナノ粒子合成ノズルで生成した粒子は、プロセス後段に設置したエジェクタによって吸引され、製品捕集機内に設置したフィルタに集められる。フィルタでの圧力損失が大きくなった時点(差圧約10kPa)または回収容器内が高温になった時点で運転を停止するバッチ式の装置である。ユーティリティとして、圧縮空気、冷却水(水道水)、酸素ガス、プロパンガスを使用する。
同様の操作でナノ粒子を連続的に合成するのがナノクリエータFCM-400Fである。

Fig. 2 ナノクリエータ FCM-400F

Fig. 3 使用可能な原料の種類

特長

■ほとんどの酸化物ナノ粒子が合成可能
■省スペース(FCM-MINI)
ユニット化(1300D×850W×2000H)された装置であり、実験・研究用に最適である。
■分解・洗浄が容易(FCM-MINI)
構成部品が少なく、ケーシングを含めたすべての部品を容易に分解できるため、運転条件変更や製品組成変更などを頻繁に行う研究開発・実験用途に最適である。
■小型機と同一原理によりナノ粒子を合成(FCM-400F)
■時間当たり、約100〜200g作製可能(FCM-400F)
(生産量は合成したい粒子の組成に依存する)

Fig. 4 フロー

Fig. 5 粒子合成原理

ナノ粒子合成の様子

Fig. 6 ナノ粒子の合成例

用途例

Table 1 用途例

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