ガラス微小球

ガラス微小球は、研究、医療、消費財、およびさまざまな産業における幅広い用途のために製造されるガラスの微小球です。ガラス微小球の直径は通常 1 ～ 1000 マイクロメートルですが、サイズは 100 ナノメートルから 5 ミリメートルの範囲になります。中空のガラス微小球は、マイクロバルーンまたはガラスバブルと呼ばれることもあり、直径は 10 ～ 300マイクロメートルです。

中空球は、合成フォームや軽量コンクリートなどの複合材料の軽量充填材として使用されます。^[1]マイクロバルーンにより、合成フォームは軽量になり、熱伝導率が低くなり、他のフォームをはるかに超える圧縮応力に対する耐性が得られます。 ^{[2]これらの特性は、他のタイプのフォームでは}内破してしまう潜水艇や深海石油掘削装置 の船体に活用されています。他の材料の中空球を使用すると、異なる特性を持つ合成フォームが作成されます。たとえば、セラミックバルーンを使用すると、軽量の合成アルミニウムフォームを作成できます。^[3]

中空球には、医薬品や放射性トレーサーの貯蔵と徐放から、水素の制御された貯蔵と放出の研究まで、さまざまな用途があります。^[4]マイクロスフィアは、重量、研磨性、シーリング面などの特定の特性を持つポリマー樹脂を充填するための複合材料にも使用されます。たとえばサーフボードを作るとき、シェイパーはEPSフォームブランクをエポキシとマイクロバルーンで密封し、不浸透性で研磨しやすい表面を作り、その上にグラスファイバーラミネートを適用します。

ガラス微小球は、超音波噴霧熱分解（USP）と呼ばれるプロセスで溶解した水ガラスの小さな液滴を加熱することによって作ることができ、化学処理を使用してナトリウムの一部を除去することで特性をいくらか改善することができます。^[5] ナトリウムの枯渇により、中空ガラス微小球は、ポットライフの長いエポキシや非発泡ポリウレタン複合材など、化学的に敏感な樹脂システムにも使用できるようになりました。

中空ガラスマイクロスフィアの表面には、マトリックス/マイクロスフィアの界面強度（引張応力を受けたときの一般的な破損点）を高めるために、シランコーティングなどの追加機能が一般的に追加されます。

高品質の光学ガラスで作られた微小球は、光共振器や空洞の分野での研究のために製造することができます。^[6]

ガラスの微小球は、石炭火力発電所の廃棄物としても生産されます。この場合、この製品は一般に「セノスフェア」と呼ばれ、アルミノケイ酸塩の化学的性質を持ちます (人工球のナトリウムシリカの化学的性質とは対照的です)。石炭に含まれる少量のシリカが溶けて煙突を上昇するにつれて膨張し、小さな中空の球を形成します。これらの球は灰と一緒に収集され、灰は水混合物にポンプで送られて、既存の灰ダムに送られます。粒子の中には中空にならずに灰ダムに沈むものもあれば、中空のものはダムの表面に浮かぶものもあります。特に乾燥すると、空気中に浮遊して周囲の地域に吹き飛ばされるため、厄介な存在になります。

^{マイクロスフィアは、フォトニックナノジェット[7]}として知られる焦点領域を生成するために使用されており、そのサイズは内部共振をサポートするのに十分な大きさであるが、同時にその特性を研究するために幾何光学を適用することができないほど小さい。これまでの研究では、さまざまな実験で得られた信号強度を高めるためにマイクロスフィアを使用することが実験的およびシミュレーションによって実証されている。マイクロ波スケールでフォトニックジェットが確認され、焦点領域に金属粒子が導入されたときに後方散乱が増強されたことが観察された。直径 4.4 μm の誘電体マイクロスフィアによって生成されたフォトニックナノジェット領域内に金ナノ粒子を配置すると、可視範囲で後方散乱光が測定可能な程度に増強された。異なる数の励起光子によるアップコンバージョンプロセス下で光学活性材料を励起するために透明マイクロスフィアによって生成されたナノジェットを使用することも分析されている。^[8]

単分散ガラス マイクロスフィアは球形度が高く、粒度分布が非常に狭いため、多くの場合、CV が 10% 未満で、粒子の 95% 以上がサイズ範囲内に収まるように指定されています。単分散ガラス粒子は、エポキシのボンドライン スペーサーなど、接着剤やコーティング剤のス​​ペーサーとしてよく使用されます。スペーサー グレードの単分散マイクロスフィアを少量使用するだけで、ギャップを制御できるほか、指定されたボンドラインの厚さを定義および維持できます。スペーサー グレードの粒子は、医療機器の適格性を確認するための較正標準やトレーサー粒子としても使用できます。高品質の球状ガラス マイクロスフィアは、ガス プラズマ ディスプレイ、自動車ミラー、電子ディスプレイ、フリップ チップ技術、フィルター、顕微鏡、電子機器でよく使用されます。

その他の用途としては、合成フォーム^[9]、粒子複合材、反射塗料などがあります。

マイクロスフィアの分配は難しい作業です。マイクロスフィアを標準的な混合および分配機の充填材として使用する場合、ポンプの選択、材料の粘度、材料の撹拌、温度などの要因に応じて、最大 80% の破損率が発生する可能性があります。マイクロスフィア充填材料用にカスタマイズされたディスペンサーを使用すると、マイクロスフィアの破損率を最小限に抑えることができます。プログレッシブキャビティ ポンプは、マイクロスフィアを含む材料の分配に最適なポンプであり、マイクロスフィアの破損を最大 80% 削減できます。

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