構造誘導プロセス研究室

構造誘導プロセス研究室

Material Structure Designing Laboratory

(English is here.)

構造誘導プロセス研究室の概要

　最近の無機系材料の中核的な開発対象として、材料機能の複合化技術があります。構造誘導プロセス研究室では、無機系材料に外部エネルギーを付与することによって、材料表面・界面での反応を促進させ、ミクロ構造の制御を行い、また新たな機能を発現させる種々のプロセスの研究を行っています。これにより、材料科学と表面化学の融合を目指します。当研究室で対象としているプロセスは外部エネルギーの種類により、

　(A) 超音波照射が作り出す化学的・力学的な場の利用、
　(B) 電気化学的作用の利用、
　(C) 粉砕・混練等の機械的エネルギーの利用

の大きく３つのグループに分けられます。

研究テーマ

　1. 超音波が生成する極限環境反応場の利用技術
　2. 超音波の音響放射圧を利用した微粒子操作
　3. 固体電解質を用いた排ガスの電気化学的浄化システム
　4. 固体電解質を利用した新型燃料電池
　5. 微粒子構造制御技術に関する研究

スタッフ

室　長	三留　秀人	mitome@nirin.go.jp
	畑　　孝義	thata@nirin.go.jp
	鈴木　和夫	suzuki@nirin.go.jp
	日比野高士	thibino@nirin.go.jp
	小塚　晃透	kozuka@nirin.go.jp
	辻内　亨	tuziuti@nirin.go.jp
	安井　久一

研究の内容

A. 超音波照射が作り出す化学的・力学的な場の利用に関する研究

　液体中には、通常極めて小さな気泡核が存在します。ここに超音波を照射すると気泡は急速に成長し、ついには圧縮破壊に至ります。このとき5000Ｋ以上、1700気圧以上の場が100ｎｓ以下の短い時間に生じます。マクロには常温常圧であるにもかかわらず、ミクロにはこのような極限環境が容易に実現できることから、これを化学反応場に応用するための基礎的な研究を、超音波工学の立場から進めています。

　また、超音波は物体に音響放射圧と呼ばれる力を作用させることが知られています。この力は超音波の伝搬によるものですから、非接触での作用が可能なため、バイオマテリアルの操作などマイクロマシン関連技術への応用が期待されています。この力の大きさは、微粒子の大きさ、形状、物性値などによって異なることから、それらの差を利用した無機系微粒子の分離・分級技術への応用の研究も進めています。

B. 固体電解質を用いた電気化学的作用の利用に関する研究

　固体電解質からなる電気化学的セルを利用した、新しい機能デバイスの研究を行っています。ポイントは、固体電解質に触媒活性の異なった２種類の電極を取り付けることにあり、これによってセパレーターを必要としない均一ガス作動型の燃料電池が構成できます。燃料ガスと酸化ガスをあらかじめ混合してセルに供給すると、電極間の触媒活性の違いによりガス濃淡差が生じ、それによって起電力が発生します。0.15Ｗcm^-2以上の出力をこの電池から取り出すことができました。

　これとは逆に、外部から直流を通電することにより、電極間の触媒作用にとらわれず、均一ガス内でその間にガス濃度差をもたらすことも可能です。この原理を用いてリーンバーン用排ガス浄化リアクターが実現できます。酸素ポンプにより－極が還元雰囲気、＋極が酸化雰囲気となり、前者でＮＯxを窒素に還元し、後者でＨＣを二酸化炭素に酸化することができました。さらに、以上の二つの機能を組み合わせることにより、雰囲気に左右されないＨＣセンサやＮＯxセンサが可能で、排ガス制御用センサとして注目されています。

Last Modified: 1999/4/1