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JP6275001B2 - Aerosol collector - Google Patents

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JP6275001B2 JP2014165177A JP2014165177A JP6275001B2 JP 6275001 B2 JP6275001 B2 JP 6275001B2 JP 2014165177 A JP2014165177 A JP 2014165177A JP 2014165177 A JP2014165177 A JP 2014165177A JP 6275001 B2 JP6275001 B2 JP 6275001B2
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Description

本発明は、ナノ粒子を帯電する微粒子荷電装置と、帯電ナノ粒子を静電沈着にて捕集フィルム上に堆積する粒子堆積装置とを備えたエアロゾル捕集装置に関する。   The present invention relates to an aerosol collecting device including a fine particle charging device for charging nanoparticles and a particle deposition device for depositing charged nanoparticles on a collection film by electrostatic deposition.

半導体、電子デバイス、材料科学、及びナノテクノロジー技術の急速な進歩により、その構成要素となるナノ粒子を集積したナノ構造体に関する研究開発が進展している。その一方で、PM2.5に代表される、大気環境中の微粒子の挙動に関して社会的に関心が高くなっている。これらの粒子の化学成分や構造を解析するためには、電子顕微鏡、ガスクロマトグラフィなどの化学分析装置が用いられる。このような分析を行うためには、微小粒子物質を捕集または基板に堆積させるための、効率的な手法の開発が求められている。   Due to rapid progress in semiconductors, electronic devices, material science, and nanotechnology technologies, research and development on nanostructures that integrate nanoparticles as constituent elements is progressing. On the other hand, there is an increasing social interest regarding the behavior of fine particles in the atmospheric environment, represented by PM2.5. In order to analyze the chemical composition and structure of these particles, a chemical analyzer such as an electron microscope or gas chromatography is used. In order to perform such an analysis, development of an efficient method for collecting or depositing a fine particle substance on a substrate is required.

このような微粒子の捕集には、エアフィルタが最も広く用いられている。例えば、非特許文献1では、大気中のエアロゾルを長時間捕集し、液体で抽出することで、高速液体クロマトグラフィを用いて化学成分の分析を行っている。   Air filters are most widely used for collecting such fine particles. For example, in Non-Patent Document 1, chemical components are analyzed using high performance liquid chromatography by collecting aerosol in the atmosphere for a long time and extracting it with a liquid.

粒子の静電捕集は、粒子径がサブミクロン以下のエアロゾルの捕集に広く用いられている。例えば特許文献1では、静電捕集装置を用いてキャリアガス中の導電性の超微粒子を効率的に捕集する手法を提案している。   Electrostatic collection of particles is widely used for collecting aerosols having a particle size of submicron or less. For example, Patent Document 1 proposes a method for efficiently collecting conductive ultrafine particles in a carrier gas using an electrostatic collection device.

化学分析や構造解析を目的とする場合、より短時間かつより高感度に粒子を検出することは、大気中のエアロゾルの時間変動や、クリーンルーム中の発塵源の特定において特に有用な技術である。   For the purpose of chemical analysis and structural analysis, detecting particles in a shorter time and with higher sensitivity is a particularly useful technique for the time variation of atmospheric aerosols and the identification of dust sources in clean rooms. .

また、エアロゾルの特性は、粒子の物理的サイズに対して、大きく変化することが知られている(例えば非特許文献2)。例えば、非特許文献3で述べられている静電分級器では、電気移動度の差を利用して、特定のサイズの粒子のみを選択的に装置外部に取り出すことが可能である。   In addition, it is known that the characteristics of the aerosol vary greatly with respect to the physical size of the particles (for example, Non-Patent Document 2). For example, in the electrostatic classifier described in Non-Patent Document 3, it is possible to selectively take out only particles of a specific size outside the apparatus using the difference in electric mobility.

エアロゾルを、静電収束効果を利用して局所的に基板上に堆積させることにより、局所的に高濃度エアロゾル粒子を得る、すなわちエアロゾルの濃縮効果が期待できる。このようなエアロゾルの静電収束効果については、すでに非特許文献4で述べられている。   By depositing the aerosol locally on the substrate using the electrostatic focusing effect, high concentration aerosol particles can be obtained locally, that is, an aerosol concentration effect can be expected. Such an electrostatic convergence effect of aerosol is already described in Non-Patent Document 4.

また、現在調査されているエアロゾルの局所堆積手法の一つに、リソグラフィー技術を利用したエアロゾル堆積技術があり、例えば、ナノ粒子の堆積パターン形成のための堆積技術が応用例としてあげられる(特許文献2)。また、特許文献3は、交流電界を使用して誘電体基板上にミクロン範囲で粒子を堆積する方法を記載している。   In addition, one of the aerosol deposition techniques currently being investigated is an aerosol deposition technique using a lithography technique. For example, a deposition technique for forming a deposition pattern of nanoparticles is cited as an application example (Patent Literature). 2). Patent Document 3 describes a method of depositing particles in a micron range on a dielectric substrate using an alternating electric field.

エアロゾル粒子を基板上に堆積する他の試みは、慣性力を用いてエアロゾルを沈着させる方法である。例えば非特許文献5では、エアロゾルデポジッション法を用いて、50〜1.5ミクロン程度のパターンを形成する手法を提案している。   Another attempt to deposit aerosol particles on a substrate is to deposit an aerosol using inertial forces. For example, Non-Patent Document 5 proposes a method of forming a pattern of about 50 to 1.5 microns using an aerosol deposition method.

尚、通常の静電捕集装置では、例えば非特許文献6にあるように電極上に基板を設置するものである。   In a normal electrostatic collection device, for example, as described in Non-Patent Document 6, a substrate is placed on an electrode.

特開平7−47299JP 7-47299 A 米国特許出願公開第2006/0093749A1号明細書US Patent Application Publication No. 2006 / 0093749A1 米国特許第6923979号明細書US Pat. No. 6,923,979

佐藤圭, 田中友里愛, 李紅, 小川志保, 畠山史郎(2007) 沖縄辺戸岬における有機エアロゾルの組成と季節変化: 2005〜2006 年に観測された多環芳香族炭化水素. 地球科学 41:145-153.Sato, Satoshi Tanaka, Ai Lee, Shiho Ogawa, Shiro Hatakeyama (2007) Composition and seasonal variation of organic aerosols at Cape Hedo, Okinawa: Polycyclic aromatic hydrocarbons observed from 2005 to 2006. Geoscience 41: 145 -153. Whitby, K.T(1978) The physical characteristics of sulfur aerosols. Atmospheric Environment 12:135-159.Whitby, K.T (1978) The physical characteristics of sulfur aerosols. Atmospheric Environment 12: 135-159. Chen, D.-R., Pui, D.Y.H., Hummes, D., Fissan, H., Quant, F.R. and Sem G.J (1998) Design and evaluation of nanometer aerosol Differential Mobility Analyzer (Nano-DMA). Journal of Aerosol Science 29:197-509.Chen, D.-R., Pui, DYH, Hummes, D., Fissan, H., Quant, FR and Sem GJ (1998) Design and evaluation of nanometer aerosol Differential Mobility Analyzer (Nano-DMA). Journal of Aerosol Science 29: 197-509. Kim, H., Kim, J., Yang,H., Suh, J., Kim, T., Han, B., Kim, S., Kim, D., Pikhitsa, P.V., and Choi, M. (2006) Parallel patterning of nanoparticles via electrodynamic focusing of charged aerosols. Nature Nanotechnology 1:117-121.Kim, H., Kim, J., Yang, H., Suh, J., Kim, T., Han, B., Kim, S., Kim, D., Pikhitsa, PV, and Choi, M. ( 2006) Parallel patterning of nanoparticles via electrodynamic focusing of charged aerosols.Nature Nanotechnology 1: 117-121. May, K.R. (1945) The Cascade Impactor: An Instrument for Sampling Coarse Aerosols. Journal of Scientific Instruments 22:182May, K.R. (1945) The Cascade Impactor: An Instrument for Sampling Coarse Aerosols.Journal of Scientific Instruments 22: 182 Nanometer Aerosol Sampler Model 3089 spec sheet[on line]TSI Incorporated,[平成26年6月17日検索]、インターネット<URL:http://www.tsi.com/uploadedFiles/_Site_Root/Products/Literature/Spec_Sheets/3089_Nanometer_Aerosol_Sampler%20A4-5001416_WEB.pdf>Nanometer Aerosol Sampler Model 3089 spec sheet [on line] TSI Incorporated, [Search June 17, 2014], Internet <URL: http://www.tsi.com/uploadedFiles/_Site_Root/Products/Literature/Spec_Sheets/3089_Nanometer_Aerosol_Sampler % 20A4-5001416_WEB.pdf>

以上のような特許文献及び非特許文献に記載された公知技術において、前述のエアフィルタや静電捕集装置では、一般的に大面積にエアロゾルを捕集するため、サンプリングに多大な時間を要するものである。   In the known techniques described in the patent documents and non-patent documents as described above, the above-described air filter and electrostatic collection device generally collects aerosol in a large area, and therefore requires a lot of time for sampling. Is.

また、静電分級器では、分級操作を行うことで粒子濃度は顕著に低減し、粒子の化学成分を解析するには更に多大な時間が必要となる。   In the electrostatic classifier, the particle concentration is remarkably reduced by performing the classification operation, and much more time is required to analyze the chemical components of the particles.

また、上述した慣性力を用いてエアロゾルを沈着させる方法では、一般に粒径が微小化すれば、慣性力は小さくなり、またブラウン運動によって粒子軌跡が広がるため、微細パターンの直接形成は困難である。これを克服するためには装置として、大型の真空装置や微細なノズルなどが必要となる。   In addition, in the method of depositing aerosol using the inertial force described above, generally, if the particle size is reduced, the inertial force is reduced, and the particle trajectory is widened by Brownian motion, so that it is difficult to directly form a fine pattern. . In order to overcome this, a large vacuum device or a fine nozzle is required as a device.

以上のように、エアロゾルの静電沈着は粒子の捕集やその後の化学成分分析に有用であることは知られているが、十分な感度で分析を行うためには、多大なサンプリング時間を要することが問題となっており、これを解決するための技術が求められている。   As mentioned above, it is known that aerosol electrostatic deposition is useful for particle collection and subsequent chemical component analysis, but it takes a lot of sampling time to perform analysis with sufficient sensitivity. This is a problem, and a technique for solving this problem is demanded.

そこで、本発明は、より短時間で十分な分析感度を得るための局所的にエアロゾル粒子を静電沈着する装置を提供することを目的としている。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an apparatus for locally depositing aerosol particles in order to obtain sufficient analysis sensitivity in a shorter time.

本願第1請求項に記載した発明は、実施例で用いた符号を付して記すと、ナノ粒子を帯電する微粒子荷電装置2と、帯電ナノ粒子を静電沈着にて捕集フィルム11上に堆積する粒子堆積装置3とを備えたエアロゾル捕集装置1において、
前記粒子堆積装置3は、粒子流入部5と粒子排出部6を設けた容器4と、前記容器4の粒子流入部5に設けた粒子の流入ノズル7と、前記流入ノズル7より流入した粒子を堆積する堆積ホルダー8と、を備え、
前記堆積ホルダー8は、樹脂製の捕集容器9の内部に電極10を設置し、前記電極10の上に捕集フィルム11を重ねて設けるとともに、この堆積ホルダー8は、上端に前記流入ノズル7より導入される帯電ナノ粒子を通過可能とする通孔13を設けた金属カバー12で覆われ、
更に、前記捕集フィルム11の上に、金属製の網目部材14を重ねて設け、加えて、前記捕集フィルム11は透明高分子からなるフィルムであり、前記網目部材14はSUS製のメッシュであることを特徴とするエアロゾル捕集装置1である。
The invention described in the first claim of the present application is described with the reference numerals used in the examples, and the fine particle charging device 2 for charging the nanoparticles, and the charged nanoparticles on the collection film 11 by electrostatic deposition. In an aerosol collecting device 1 provided with a particle deposition device 3 for deposition,
The particle deposition apparatus 3 includes a container 4 provided with a particle inflow portion 5 and a particle discharge portion 6, a particle inflow nozzle 7 provided in the particle inflow portion 5 of the container 4, and particles flowing in from the inflow nozzle 7. A deposition holder 8 for deposition,
The accumulation holder 8 is provided with an electrode 10 inside a resin-made collection container 9, and a collection film 11 is provided on the electrode 10. The accumulation holder 8 is provided at the upper end with the inflow nozzle 7. Covered with a metal cover 12 provided with through-holes 13 that allow the charged nanoparticles to be introduced through;
Further, a metallic mesh member 14 is provided on the collecting film 11 in addition to the above, and the collecting film 11 is a film made of a transparent polymer, and the mesh member 14 is a mesh made of SUS. It is an aerosol collecting device 1 characterized by being.

本願第1請求項に記載した発明によれば、捕集フィルムの上に、金属製の網目部材を重ねて設けているので、後記実施例で示されるように、局所的にエアロゾル粒子を静電沈着することが可能となり、より短時間で十分な分析感度が得られる作用効果を奏するものである。このように、エアロゾルを、静電収束効果を利用して局所的に基板上に堆積させることにより、局所的に高濃度エアロゾル粒子を得ることができる。このように、本発明によればエアロゾルの濃縮効果を期待することができるものである。   According to the invention described in claim 1 of the present application, since the metal mesh member is provided on the collection film so as to overlap, the aerosol particles are electrostatically applied locally as shown in Examples below. It is possible to deposit, and there is an effect that a sufficient analysis sensitivity can be obtained in a shorter time. In this way, high concentration aerosol particles can be obtained locally by depositing the aerosol locally on the substrate using the electrostatic convergence effect. Thus, according to the present invention, an aerosol concentration effect can be expected.

更に、捕集フィルムは透明高分子からなるフィルムであり、網目部材はSUS製のメッシュであるため、透明の基板上に粒子の局所堆積パターンを形成することが可能となり、微粒子の化学分析のための濃縮法として応用することができる。例えば、数ミクロン程度の径のプローブ光を微粒子に照射し、その散乱光や透過光などから粒子の化学成分に関する情報を得ることが可能となる。
Furthermore , since the collection film is a film made of a transparent polymer and the mesh member is a mesh made of SUS, it becomes possible to form a local deposition pattern of particles on a transparent substrate, for chemical analysis of fine particles. It can be applied as a concentration method. For example, it becomes possible to irradiate fine particles with probe light having a diameter of several microns and obtain information on chemical components of the particles from the scattered light and transmitted light.

本発明の実施例に係り、エアロゾル捕集装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the aerosol collection apparatus concerning the Example of this invention. 本発明の実施例に係り、粒子堆積装置を示す外観斜視図である。1 is an external perspective view showing a particle deposition apparatus according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施例に係り、静電収束効果を利用したエアロゾルの選択堆積を示す予測図である。FIG. 6 is a prediction diagram illustrating selective deposition of aerosol using an electrostatic convergence effect according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施例に係り、堆積基板まわりの電界計算結果を示す図である。It is a figure which concerns on the Example of this invention and shows the electric field calculation result around a deposition board | substrate. 本発明の実施例に係り、無次元数による粒子の輸送状態の評価を示す図である。It is a figure which concerns on the Example of this invention and shows evaluation of the transport state of the particle | grains by a dimensionless number. 本発明の実施例に係り、無次元数による堆積が認められた条件のマッピングを示す図である。It is a figure which concerns on the Example of this invention and shows the mapping of the conditions in which the deposition by a dimensionless number was recognized. 本発明の実施例に係り、ストークス数が大きい条件で見られたランダムな堆積を示す図である。It is a figure which concerns on the Example of this invention and shows the random deposition seen on conditions with a large Stokes number. 本発明の実施例に係り、得られた粒子の堆積パターンを示す図である。It is a figure which concerns on the Example of this invention and shows the deposition pattern of the obtained particle | grains. 本発明の実施例に係り、堆積パターンの拡大図を示す図である。It is a figure which shows the enlarged view of a deposition pattern concerning the Example of this invention. 本発明の実施例に係り、捕集効率の測定結果を示す図である。It is a figure which concerns on the Example of this invention and shows the measurement result of collection efficiency. 本発明の実施例に係り、透明フィルム上への粒子の選択堆積による化学分析の概念図である。1 is a conceptual diagram of chemical analysis by selective deposition of particles on a transparent film according to an embodiment of the present invention.

以下、本発明を図面に示す実施例を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings.

本例のエアロゾル捕集装置1は、図1に示すように、ナノ粒子を帯電する微粒子荷電装置(SMAC)2と、帯電ナノ粒子を静電沈着にて捕集フィルム11上に堆積する粒子堆積装置3とを備えて構成される。微粒子荷電装置(SMAC)では、粒子を多価に帯電させることができる。   As shown in FIG. 1, the aerosol collecting device 1 of this example includes a fine particle charging device (SMAC) 2 for charging nanoparticles and particle deposition for depositing charged nanoparticles on a collecting film 11 by electrostatic deposition. And a device 3. In the fine particle charging device (SMAC), particles can be charged in a multivalent manner.

粒子堆積装置3は、図2に示すように、粒子流入部5と粒子排出部6を設けた容器4と、前記容器4の粒子流入部5に設けた粒子の流入ノズル7と、前記流入ノズル7より流入した粒子を堆積する堆積ホルダー8と、を備える。   As shown in FIG. 2, the particle deposition apparatus 3 includes a container 4 provided with a particle inflow part 5 and a particle discharge part 6, a particle inflow nozzle 7 provided in the particle inflow part 5 of the container 4, and the inflow nozzle. And a deposition holder 8 for depositing the particles flowing in from 7.

前記堆積ホルダー8は、樹脂製の捕集容器9の内部に電極10を設置し、前記電極10の上に捕集フィルム11を重ねて設けるとともに、この堆積ホルダー8は、上端に前記流入ノズル7より導入される帯電ナノ粒子を通過可能とする通孔13を設けた金属カバー12で覆われる。   The accumulation holder 8 is provided with an electrode 10 inside a resin-made collection container 9, and a collection film 11 is provided on the electrode 10. The accumulation holder 8 is provided at the upper end with the inflow nozzle 7. It is covered with a metal cover 12 provided with a through-hole 13 that allows passage of charged nanoparticles introduced more.

堆積ホルダー8において、帯電した粒子は、高電圧印加装置により、静電気力にて流入ノズル7から導入され、数mm〜数十mm程度離れた電極10上に捕集される。   In the deposition holder 8, the charged particles are introduced from the inflow nozzle 7 by electrostatic force by a high voltage application device and collected on the electrode 10 separated by several mm to several tens mm.

更に、本発明においては、捕集フィルム11の上に、金属製の網目部材14を重ねて設けている。   Furthermore, in the present invention, a metal mesh member 14 is provided on the collection film 11 in an overlapping manner.

本例では、堆積ホルダー8は、樹脂製、例えばテフロン(登録商標)製のロッド(円筒部材)の内部に電極10を設置し、その上に透明高分子であるPENフィルム(捕集フィルム11)を重ねて設け、更にその上にSUS製のメッシュ(網目部材14)を重ねたもので、それをSUSカバー(金属カバー12)によって覆うような構造となっている。   In this example, the deposition holder 8 is made of a resin (for example, Teflon (registered trademark) rod (cylindrical member) with an electrode 10 installed therein, and a PEN film (collecting film 11) that is a transparent polymer on the electrode 10. Are provided, and a SUS mesh (mesh member 14) is further stacked thereon, which is covered with a SUS cover (metal cover 12).

上述したように、電極10の上に捕集フィルム11を重ねて設け、更にその上にSUS製のメッシュを重ねた場合の効果は、図3に示される。電極近傍の電界を数値シミュレーションによって計算したところ、図4に示すような結果となった。   As described above, the effect obtained when the collection film 11 is provided over the electrode 10 and a SUS mesh is further provided thereon is shown in FIG. When the electric field in the vicinity of the electrode was calculated by numerical simulation, the result shown in FIG. 4 was obtained.

すなわち、図4において、左から、フィルムのみ、それにSUSカバーを加えたもの、更にそれに繊維間距離97ミクロンのSUSメッシュを加えたものを示す。一番左の図(フィルムのみ)を見ると、電界は上部のノズルから電極だけでなく、周囲に電界が広がっている様子が分かる。これに、SUSカバーを被せると、中央の図のように、電界が電極方向に集中する。更に、これに局所的な堆積パターンを形成するためにSUSメッシュを重ねると、右の図のように、更に電界が弱くなる。従って、電界が形成されている基板近傍まで粒子を輸送するためには、ノズルから導入された粒子をある程度の距離まで、慣性で輸送する必要があると思料される。   That is, in FIG. 4, from the left, only the film, the SUS cover added thereto, and the SUS mesh with a fiber distance of 97 microns added thereto are shown. Looking at the leftmost figure (film only), it can be seen that the electric field spreads not only from the upper nozzle to the electrodes, but also around. When this is covered with a SUS cover, the electric field concentrates in the electrode direction as shown in the center figure. Furthermore, if the SUS mesh is overlaid on this in order to form a local deposition pattern, the electric field becomes weaker as shown in the right figure. Therefore, in order to transport particles to the vicinity of the substrate where the electric field is formed, it is considered that the particles introduced from the nozzle need to be transported by inertia up to a certain distance.

そこで、粒子の慣性の尺度であるストークス数と流体中の粒子の電界による輸送を表すクーロンパラメータの2つの無次元数によって粒子の輸送状態を評価した(図5)。図5より、ストークス数は粒子に働く慣性力を表す無次元数であり、粒径の二乗と流速に比例する。一方、クーロンパラメータは粒子の電界による輸送を表す無次元数であり、流速と粒径に反比例することが分かる。まず、この二つのパラメータを変えて堆積実験を行い、粒子の堆積パターンが形成される条件を求めた。   Therefore, the particle transport state was evaluated by two dimensionless numbers, the Stokes number, which is a measure of the inertia of the particle, and the Coulomb parameter representing the transport of particles in the fluid by the electric field (FIG. 5). From FIG. 5, the Stokes number is a dimensionless number representing the inertial force acting on the particle, and is proportional to the square of the particle diameter and the flow velocity. On the other hand, the Coulomb parameter is a dimensionless number representing the transport of particles by the electric field, and is found to be inversely proportional to the flow velocity and the particle size. First, a deposition experiment was performed by changing these two parameters, and the conditions under which a particle deposition pattern was formed were determined.

縦軸がクーロンパラメータKc、横軸がストークス数として、粒子の堆積の有無を図6にまとめた。図中の「×」が粒子の局所堆積が見られなかった条件、「●」が粒子の局所堆積が見られた条件である。先ほどの式(図5)より、粒径と流速の依存性は、Kcとストークス数で逆になるため、ストークス数を増加させるほど、Kcは低下する。図6に示すように、ほとんどの条件で局所堆積が認められず、例えば、これらのストークス数が大きい条件では、堆積自体は行われたが、ほぼ慣性が支配的であるために、局所的なパターンは形成できず、図7のSEM像に示すようにランダムに粒子が堆積した。一方、クーロンパラメータが1.5以上で且つノズルと基板間の距離が5mmと、ある程度の距離がある場合の2条件のみ、堆積が認められた。   The vertical axis is the Coulomb parameter Kc, and the horizontal axis is the Stokes number. In the figure, “x” is a condition in which local deposition of particles was not observed, and “●” is a condition in which local deposition of particles was observed. From the previous equation (FIG. 5), the dependence of the particle size and the flow velocity is reversed between Kc and the Stokes number, so that the Kc decreases as the Stokes number is increased. As shown in FIG. 6, local deposition was not observed under most conditions. For example, in these conditions where the Stokes number was large, the deposition itself was performed, but since the inertia is almost dominant, A pattern could not be formed, and particles were randomly deposited as shown in the SEM image of FIG. On the other hand, deposition was recognized only in two conditions when the Coulomb parameter was 1.5 or more and the distance between the nozzle and the substrate was 5 mm, and there was a certain distance.

図8は、前述の条件のうち、局所堆積が認められた、粒径100nmのPSL粒子に対するSEM像である。背景の黒い部分がフィルム表面、図中の白い点が、それぞれナノ粒子からなる構造体であり、図8に示すように等間隔に並んだ構造体が形成されていることが分かる。これにSUSメッシュの幅を重ねると、図9に示すように、開口部の中心に約7μm角まで収束した粒子の堆積パターンが形成されており、SUSメッシュのピッチ幅97μmに対して約7%に縮小していることが分かった。これを面積比に換算すると、およそ192倍に濃縮したことになる。   FIG. 8 is an SEM image of PSL particles having a particle diameter of 100 nm in which local deposition was observed among the above conditions. It can be seen that the black portion of the background is the film surface, and the white dots in the figure are structures composed of nanoparticles, respectively, and structures that are arranged at equal intervals are formed as shown in FIG. When the width of the SUS mesh is superimposed on this, as shown in FIG. 9, a particle deposition pattern converged to about 7 μm square is formed at the center of the opening, and about 7% of the SUS mesh pitch width of 97 μm. It turns out that it is shrinking. When this is converted into an area ratio, it is concentrated about 192 times.

もっとも、前述したように、SUSメッシュの被覆によって電界も低下しているので、粒子捕集効率も低下していることが懸念される。そこで、図1に示すように、出口において凝縮核計数器CPCによって粒子濃度を計測し、高圧電源のon/offによって、導入した粒子のうちの、何%の粒子が捕集されているかを測定した。   However, as described above, since the electric field is also lowered by the covering of the SUS mesh, there is a concern that the particle collection efficiency is also lowered. Therefore, as shown in FIG. 1, the particle concentration is measured by the condensation nucleus counter CPC at the outlet, and the percentage of the introduced particles is collected by turning on / off the high voltage power source. did.

図10は、得られた捕集効率を粒径に対してプロットしたものである。まず、堆積ホルダー8にフィルムだけをのせた場合の捕集効率を粒径に対してプロットした結果では、SMAC(微粒子荷電装置2)を使用しない、つまり1価に帯電した粒子の場合、100nm以下ではほぼ100%捕集されているが、それ以上では電気移動度の低下により捕集効率が減少していることが分かる。   FIG. 10 is a plot of the collection efficiency obtained versus the particle size. First, in the result of plotting the collection efficiency when only the film is placed on the deposition holder 8 with respect to the particle diameter, the SMAC (particulate charging device 2) is not used, that is, in the case of monovalently charged particles, 100 nm or less. Is collected almost 100%, but it can be seen that the collection efficiency is reduced due to the decrease in the electric mobility.

次にSMACを動作させると粒子が多価に帯電するために、粒子の捕集効率が増加することが分かる。次に、堆積ホルダー8にフィルムとSUSカバーをのせた場合は、図4の中央の電界計算結果からもわかるように、電界はフィルム方向に集中するが、逆に、先ほどよりも電界強度が低下するために、粒子の捕集効率は低下した。   Next, it is understood that when the SMAC is operated, the particles are charged in a multivalent manner, so that the particle collection efficiency is increased. Next, when the film and the SUS cover are placed on the deposition holder 8, the electric field concentrates in the direction of the film, as can be seen from the electric field calculation result in the center of FIG. Therefore, the particle collection efficiency was lowered.

最後に、これにSUSメッシュを設置すると、電界が更に制限されて捕集効率が低下した。このとき、粗大粒子側に着目すると、粒子は先ほどのメッシュ無しの場合と同程度に捕集されており、このとき、粒子は電界というよりも、おそらく慣性で捕集されていると考えられる。これは、粒径が小さいほど捕集効率が低くなっていることからも推測できる。これに、SMACを作動させ、粒子を多価に帯電させると、全体的に捕集効率の増加が見られた。最終的に100nmの多価帯電粒子の捕集効率は0.1(10%)であった。これに、先ほどのSEM像から求めた収束率を乗ずると、供給粒子濃度に対して10%×192=19.2倍の濃縮ができていることが分かった。つまり、SUSカバーとSUSメッシュを設置することで、粒子の捕集効率は10%程度まで低下するが、その分、粒子が表面上で局所的に堆積できるため、全体でみると約20倍の濃縮ができているということが確かめられた。   Finally, when a SUS mesh was installed on this, the electric field was further restricted and the collection efficiency was lowered. At this time, focusing on the coarse particle side, the particles are collected to the same extent as in the case without the mesh, and at this time, the particles are probably collected by inertia rather than the electric field. This can also be inferred from the fact that the collection efficiency is lower as the particle size is smaller. In addition, when the SMAC was activated to charge the particles multivalently, the overall collection efficiency was increased. Finally, the collection efficiency of 100 nm multivalent charged particles was 0.1 (10%). When this was multiplied by the convergence rate obtained from the SEM image, it was found that 10% × 192 = 19.2 times the concentration of the supplied particles. In other words, by installing the SUS cover and the SUS mesh, the particle collection efficiency is reduced to about 10%. However, since the particles can be deposited locally on the surface, the total is about 20 times larger. It was confirmed that it was concentrated.

本発明の他の実施例を説明する。この例では、ナノ粒子を特定の位置に局所的に堆積する方法を微粒子の化学分析のための濃縮法として応用することである。このことにより、たとえば図11に示すように、数ミクロン程度の径のプローブ光を微粒子に照射し、その散乱光や透過光などから粒子の化学成分に関する情報を得ることが可能となると考えられる。ここで、この透過光を利用するためには、透明の基板上に粒子の局所堆積パターンを形成することが有効である。   Another embodiment of the present invention will be described. In this example, a method of locally depositing nanoparticles at a specific position is applied as a concentration method for chemical analysis of fine particles. As a result, for example, as shown in FIG. 11, it is considered possible to irradiate fine particles with probe light having a diameter of several microns and obtain information on chemical components of the particles from the scattered light and transmitted light. Here, in order to use the transmitted light, it is effective to form a local deposition pattern of particles on a transparent substrate.

本発明のエアロゾル捕集装置は、エアロゾルを局所静電沈着し粒子を濃縮捕集することができるので、構造解析や化学分析に際し好適に利用することが可能である。   The aerosol collection device of the present invention can be suitably used for structural analysis and chemical analysis because the aerosol can be locally electrostatically deposited and the particles can be concentrated and collected.

1 エアロゾル捕集装置
2 微粒子荷電装置
3 粒子堆積装置
4 容器
5 粒子流入部
6 粒子排出部
7 流入ノズル
8 堆積ホルダー
9 捕集容器
10 電極
11 捕集フィルム
12 金属カバー
13 通孔
14 網目部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Aerosol collection apparatus 2 Fine particle charging apparatus 3 Particle deposition apparatus 4 Container 5 Particle inflow part 6 Particle discharge part 7 Inflow nozzle 8 Deposition holder 9 Collection container 10 Electrode 11 Collection film 12 Metal cover 13 Through-hole 14 Mesh member

Claims (1)

ナノ粒子を帯電する微粒子荷電装置2と、帯電ナノ粒子を静電沈着にて捕集フィルム11上に堆積する粒子堆積装置3とを備えたエアロゾル捕集装置1において、
前記粒子堆積装置3は、粒子流入部5と粒子排出部6を設けた容器4と、前記容器4の粒子流入部5に設けた粒子の流入ノズル7と、前記流入ノズル7より流入した粒子を堆積する堆積ホルダー8と、を備え、
前記堆積ホルダー8は、樹脂製の捕集容器9の内部に電極10を設置し、前記電極の上に捕集フィルム11を重ねて構成され、
前記堆積ホルダー8は、上端に前記流入ノズル7より導入される帯電ナノ粒子を通過可能とする通孔13を設けた金属カバー12で覆われて構成され、
更に、前記捕集フィルム11の上に、金属製の網目部材14を重ねて設け、加えて、前記捕集フィルム11は透明高分子からなるフィルムであり、前記網目部材14はSUS製のメッシュであることを特徴とするエアロゾル捕集装置1。
In an aerosol collecting device 1 comprising a fine particle charging device 2 for charging nanoparticles and a particle deposition device 3 for depositing charged nanoparticles on a collecting film 11 by electrostatic deposition,
The particle deposition apparatus 3 includes a container 4 provided with a particle inflow part 5 and a particle discharge part 6, a particle inflow nozzle 7 provided in the particle inflow part 5 of the container 4, and particles flowing in from the inflow nozzle 7. A deposition holder 8 for deposition,
The deposition holder 8 is configured by installing an electrode 10 inside a resin-made collection container 9 and stacking a collection film 11 on the electrode.
The deposition holder 8 is configured to be covered with a metal cover 12 provided with a through hole 13 that allows the charged nanoparticles introduced from the inflow nozzle 7 to pass through at the upper end,
Further, a metallic mesh member 14 is provided on the collecting film 11 in addition to the above, and the collecting film 11 is a film made of a transparent polymer, and the mesh member 14 is a mesh made of SUS. An aerosol collecting device 1, characterized in that there is.
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