JP2002126495A - Particle control method - Google Patents
Particle control methodInfo
- Publication number
- JP2002126495A JP2002126495A JP2000320376A JP2000320376A JP2002126495A JP 2002126495 A JP2002126495 A JP 2002126495A JP 2000320376 A JP2000320376 A JP 2000320376A JP 2000320376 A JP2000320376 A JP 2000320376A JP 2002126495 A JP2002126495 A JP 2002126495A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic field
- particles
- magnetic
- interaction
- controlling
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、磁場中に置かれた
物質間の磁気的引力・斥力相互作用を利用することによ
る、粒子集合体の凝集や分散、再配置を制御する粒子の
制御方法に係り、マクロな構造の制御や分離技術に関す
るものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of controlling particles for controlling agglomeration, dispersion and rearrangement of particle aggregates by utilizing magnetic attractive / repulsive interaction between substances placed in a magnetic field. The present invention relates to control of a macro structure and a separation technique.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、
例えば、 （１）Ｙａｓｕｈｉｒｏ Ｉｋｅｚｏｅ，Ｎｏｒｉｙｕ
ｋｉ Ｈｉｒｏｔａ，Ｊｕｎ Ｎａｋａｇａｗａ ａｎ
ｄ Ｋｏｉｃｈｉ Ｋｉｔａｚａｗａ，Ｎａｔｕｒｅ，
Ｖｏｌ．３９３，７４９−７５０（１９９８） （２）特開平１１−１１４４０９号公報：「物体の位置
制御方法および物体の位置制御装置」 （３）Ｎａｏｋｉ Ｓａｔｏｈ ａｎｄ Ｋａｏｒｕ
Ｔｓｕｊｉｉ，Ｊ．ｏｆ Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｖｏ
ｌ．９１，Ｎｏ．２７，６６２９−６６３２（１９８
７） などに開示されている。2. Description of the Related Art Conventionally, techniques in such a field include:
For example: (1) Yashiro Ikezoe, Noriyu
ki Hirota, Jun Nakagawa an
d Koichi Kitazawa, Nature,
Vol. 393, 749-750 (1998) (2) JP-A-11-114409: "Method and apparatus for controlling position of object" (3) Naoki Satoh and Kaoru
Tsujii, J .; of Phys. Chem. Vo
l. 91, No. 27, 6629-6632 (198
7).
【０００３】強磁性体のように、磁場に対する応答が非
常に大きい物質は、物質間の磁気的相互作用も大きく、
永久磁石のＮ極とＳ極が引き合う事実が知られているよ
うに従来からよく研究されている。しかし、反磁性物質
や常磁性物質のような弱磁性物質は、自発磁化が無く、
磁場によって誘起される磁気モーメントも非常に小さい
ために、個々の物体間の磁気モーメント相互作用に関し
ては無視されてきた。二つのモーメント間の相互作用
は、静磁気学によれば、次式で表される。[0003] A substance having a very large response to a magnetic field, such as a ferromagnetic substance, has a large magnetic interaction between the substances.
It has been well studied so far that the fact that the north and south poles of a permanent magnet attract each other is known. However, weak magnetic substances such as diamagnetic substances and paramagnetic substances have no spontaneous magnetization,
The magnetic moment induced by magnetic fields is also so small that magnetic moment interactions between individual objects have been neglected. The interaction between the two moments is, according to magnetostatics, expressed by:
【０００４】[0004]
【数１】 (Equation 1)
【０００５】粒子間の磁気モーメント相互作用は、物質
の磁化率が大きいほど、また粒子の大きさが大きいほ
ど、さらに磁場強度が強いほど顕著になる。しかし、弱
磁性物質の磁化率はＳＩ単位系で１０-5程度の大きさし
かない。したがって、磁場中に置かれた物体間に前述の
相互作用が存在していたとしても、それだけを取り出し
て観測するのは通常非常に困難である。[0005] The magnetic moment interaction between particles becomes more remarkable as the magnetic susceptibility of a substance is larger, the particle size is larger, and the magnetic field strength is stronger. However, the magnetic susceptibility of a weak magnetic substance is only about 10 -5 in SI units. Therefore, even if the above-mentioned interaction exists between objects placed in a magnetic field, it is usually very difficult to extract and observe only the interaction.
【０００６】この力は熱エネルギーによる攪乱（ブラウ
ン運動）にかき消され、あるいはまた、粒子周辺におけ
る磁場強度の空間的な勾配により、粒子全体が磁場勾配
による磁気ポテンシャルエネルギーの有利な方向に移動
してしまうからである。このことが、これまで、前述の
相互作用の存在があらわに認識されてこなかった理由で
ある。それゆえ、この磁気相互作用を、粒子集合体のマ
クロ構造の制御、凝集・分散の制御、分離技術などに応
用した例も、もちろん見受けられない。[0006] This force is offset by disturbance (Brownian motion) due to thermal energy, or alternatively, due to the spatial gradient of the magnetic field strength around the particle, the entire particle moves in the favorable direction of the magnetic potential energy due to the magnetic field gradient. It is because. This is the reason that the existence of the above-mentioned interaction has not been clearly recognized until now. Therefore, of course, there is no example in which this magnetic interaction is applied to control of the macrostructure of particle aggregates, control of aggregation / dispersion, separation technology, and the like.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】１テスラ（Ｔ）以上の
強磁場になると、後述の実施例のように、このような
力、すなわち、磁場中で誘起された弱磁性体粒子磁気モ
ーメント相互間の反発あるいは引力相互作用の存在を確
かめることができる。そのような力の存在は、粒子集合
体において個々の粒子が、周囲粒子に対して相対的に自
分自身の位置を決定する駆動力となる。本発明はその駆
動力を有効に活用しようとするものである。When a strong magnetic field of 1 Tesla (T) or more is applied, such a force, that is, a weak magnetic particle magnetic moment induced in a magnetic field, is generated between the magnetic moments as shown in the embodiments described later. Can confirm the existence of repulsive or attractive interactions. The presence of such a force is a driving force for the individual particles in the particle aggregate to determine their position relative to the surrounding particles. The present invention seeks to effectively utilize the driving force.
【０００８】すなわち、磁場がかけられていない状態と
比較すると、磁場中では最安定な粒子の相対的配列が異
なることを利用して、粒子の配列を変化させることがで
きる。これにより、例えば、磁場の印加方向に依存し
て、粒子の流動を容易にしたり、あるいは、逆に粒子の
流動を起こりにくくすることができる。このような効果
は、粉体やコロイド粒子系の分離を行う場合に有効であ
る。That is, the arrangement of particles can be changed by utilizing the fact that the relative arrangement of the most stable particles in a magnetic field is different from that in a state where no magnetic field is applied. Thereby, for example, depending on the application direction of the magnetic field, it is possible to facilitate the flow of the particles, or conversely, to suppress the flow of the particles. Such an effect is effective when separating powder or colloidal particles.
【０００９】あるいは、粒子が互いに緩やかに相互作用
して、ある配置を形成していた場合、磁場の印加により
その配置形態を変化させることができる。無磁場の下で
の、このような粒子の配置形態は、粒子系が示す高次構
造として知られており、異なる複数の粒子系高次構造の
間に相転移が生じることも知られている。Alternatively, when the particles form a certain arrangement by gently interacting with each other, the arrangement can be changed by applying a magnetic field. Such an arrangement of particles under no magnetic field is known as a higher-order structure exhibited by a particle system, and it is also known that a phase transition occurs between different particle-system higher-order structures. .
【００１０】本発明は、磁場の印加により、このような
高次構造間の相転移を促進したり、あるいは、従来と異
なる高次構造を得ることを可能にする。さらに、高次構
造が等方的でなく方向性を有する場合には、その方向性
をも合わせて制御しようとするものである。The present invention makes it possible to promote such a phase transition between higher-order structures or obtain a higher-order structure different from the conventional one by applying a magnetic field. Further, when the higher-order structure is not isotropic but has directionality, the directionality is also controlled.
【００１１】全ての物質の中で、強磁性を示すものは少
なく、ほとんどが前述の弱磁性物質である。そこで、弱
磁性物質内部に磁場で誘起された磁気モーメント間の磁
気相互作用が確認されれば、あらゆる種の物質を利用し
た分離プロセスや材料プロセスに新しいパラメーターと
して磁場を用いることができることになり、今までに知
られていないような新材料の創製などにも結びつく。Of all the substances, few exhibit ferromagnetism, and most are the aforementioned weak magnetic substances. Therefore, if a magnetic interaction between magnetic moments induced by a magnetic field is confirmed inside a weak magnetic substance, a magnetic field can be used as a new parameter in separation processes and material processes using all kinds of substances, It also leads to the creation of new materials that are not known until now.
【００１２】このような考えから、本発明は、弱磁性物
質間の磁気モーメント相互作用をあらわに観測すると共
に、この磁気モーメント相互作用の応用技術、例えば、
粒子集合体のマクロ構造の制御、凝集・分散の制御、分
離を行うことができる粒子の制御方法を提供することを
目的としている。[0012] From the above idea, the present invention clearly observes the magnetic moment interaction between weak magnetic substances, and applies an application technique of this magnetic moment interaction, for example,
It is an object of the present invention to provide a method for controlling particles capable of controlling a macrostructure, controlling aggregation and dispersion, and separating particles.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔１〕粒子の制御方法において、複数の常磁性物体ない
し反磁性物体を強磁場中に入れたときに、個々の物体内
部に誘起された磁気モーメント間の磁気的な引力及び斥
力相互作用に基づいて、粒子の凝集及び分散状態の形成
過程あるいは形状を制御することを特徴とする。According to the present invention, there is provided a method for controlling particles, the method comprising: when a plurality of paramagnetic or diamagnetic objects are placed in a strong magnetic field, The present invention is characterized in that the process or shape of the aggregation and dispersion of particles is controlled based on the magnetic attraction and repulsion interaction between the magnetic moments induced inside the object.
【００１４】〔２〕上記〔１〕記載の粒子の制御方法に
おいて、磁場強度および磁場の向きを変化させて、磁場
中に置かれた粒子の配置を変化させることを特徴とす
る。[2] The method for controlling particles according to the above [1], wherein the arrangement of the particles placed in the magnetic field is changed by changing the magnetic field strength and the direction of the magnetic field.
【００１５】〔３〕上記〔１〕記載の粒子の制御方法に
おいて、磁場中に入れられた２種類以上の物質の内部に
誘起された異種及び同種磁気モーメント間の相互作用
と、空間的な磁場強度分布を利用して、個々の物質から
なる粒子の集合体の形成過程とその形状、また相対的位
置関係を制御することを特徴とする。[3] In the method of controlling particles according to [1], the interaction between different and homogeneous magnetic moments induced inside two or more kinds of substances put in the magnetic field, and the spatial magnetic field It is characterized in that the process of forming an aggregate of particles made of individual substances, its shape, and the relative positional relationship are controlled using the intensity distribution.
【００１６】〔４〕上記〔３〕記載の粒子の制御方法に
おいて、前記粒子の集合体の相対的位置関係、あるいは
凝集体形成速度を利用して、粒子を分離することを特徴
とする。[4] The method for controlling particles according to the above [3], wherein the particles are separated by utilizing the relative positional relationship of the aggregate of the particles or the speed of forming the aggregate.
【００１７】[0017]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail.
【００１８】本発明では、数テスラ級の強磁場を得るた
めに超伝導磁石を用いる。磁石の磁場強度と強度分布
は、コイルに流す電流値を変えることにより連続的に変
えることができるので、いろいろな磁場と磁場勾配を利
用することができる。また、コイルの形状を工夫すれ
ば、分布の形を変えることも可能である。In the present invention, a superconducting magnet is used to obtain a strong magnetic field of the order of several Tesla. Since the magnetic field strength and strength distribution of the magnet can be continuously changed by changing the current value flowing through the coil, various magnetic fields and magnetic field gradients can be used. If the shape of the coil is devised, the shape of the distribution can be changed.
【００１９】一般的には、磁場強度が強く、且つ強磁場
を発生する領域での磁場強度の均一性の高いものを使う
と、磁気相互作用を顕在化させることができる。なお、
一つの例として、ソレノイド型の磁石では、一般に磁石
のボア中心軸上の方が、軸上からはずれた領域に比べて
磁場強度の均一性が高い。つまり試料はボア軸上にセッ
トする方が、磁気相互作用を観測しやすい。Generally, the use of a magnetic field having a high magnetic field strength and a high uniformity of the magnetic field strength in a region where a strong magnetic field is generated can make the magnetic interaction apparent. In addition,
As one example, in a solenoid type magnet, the uniformity of the magnetic field strength is generally higher on the center axis of the bore of the magnet than in a region off the axis. In other words, setting the sample on the bore axis makes it easier to observe the magnetic interaction.
【００２０】磁場中に置かれた物質は、必ず何らかの磁
気モーメントを持つ。したがって、複数個の物質を磁場
中に入れると、それらの間には必ず磁気モーメント相互
作用が生じる。例として、反磁性物質Ａと常磁性物質Ｂ
の磁気相互作用について、以下に思考実験を行った結果
を述べる。図１はその結果をまとめたものである。な
お、この場合は、単純化するために、両者とも物質内部
に磁気的な異方性はないと仮定する。A substance placed in a magnetic field always has some magnetic moment. Therefore, when a plurality of substances are put in a magnetic field, a magnetic moment interaction always occurs between them. For example, diamagnetic substance A and paramagnetic substance B
The following describes the results of a thought experiment conducted on the magnetic interaction. FIG. 1 summarizes the results. In this case, for simplicity, it is assumed that there is no magnetic anisotropy inside the material.
【００２１】今、図１（ａ）に示すように、中空に磁化
率が負の反磁性物質Ａの粒子を二つ（Ａ１とＡ２）並べ
た場合、並べる方向と磁場の方向が平行の場合（右
欄）、二つの粒子（Ａ１とＡ２）には磁場方向と反対向
きの磁気モーメントが誘起され、その結果、粒子間には
引力相互作用が働く。また、磁場方向に垂直な方向に並
んでいる場合（左欄）には、逆に斥力相互作用が働く。
これは、磁化率の正負には関係なく、図１（ｃ）に示す
ように、磁化率が正である常磁性物質を二つ（Ｂ１とＢ
２）を並べて同じことをやっても同じ種類の相互作用と
なる。Now, as shown in FIG. 1 (a), when two particles (A1 and A2) of the diamagnetic substance A having a negative magnetic susceptibility are arranged in a hollow space, the case where the arrangement direction is parallel to the direction of the magnetic field. (Right column), a magnetic moment is induced in the two particles (A1 and A2) in the direction opposite to the direction of the magnetic field, and as a result, attractive interaction occurs between the particles. On the other hand, when they are arranged in a direction perpendicular to the direction of the magnetic field (left column), repulsive interaction acts reversely.
This is because, as shown in FIG. 1C, two paramagnetic substances having positive susceptibility (B1 and B1) are independent of the susceptibility of the magnetic susceptibility.
Even if you do the same thing by arranging 2), it will be the same kind of interaction.
【００２２】一方、図１（ｂ）に示すように、磁化率が
負の反磁性物質Ａと磁化率が正である常磁性の物質Ｂを
並べた場合は、それぞれに誘起された磁気モーメントは
お互い逆向きになることから、磁場方向に平行に並べた
場合（右欄）には斥力、磁場方向に垂直に並べた場合
（左欄）には引力の相互作用が働く。On the other hand, as shown in FIG. 1B, when a diamagnetic substance A having a negative magnetic susceptibility and a paramagnetic substance B having a positive magnetic susceptibility are arranged, the magnetic moment induced in each of them is Since they are opposite to each other, repulsive force acts when arranged in parallel to the magnetic field direction (right column), and attractive force acts when arranged perpendicular to the magnetic field direction (left column).
【００２３】図１に示したのは、二つの粒子間の相互作
用のみに関するものであるが、粒子の集合体があった場
合でも同様に相互作用が働く。その場合、磁場中では、
粒子間の相互作用により、最低エネルギー状態をとるよ
うに再配置させることが可能である。ランダムに並んで
いた粒子に格子構造を組ませたり、周期構造の次元を変
化させたり、格子の対称性を変化させたりすることも可
能である。また、これらの効果は、形状や物質内の性質
からくる磁気異方性によっても変化させることができ
る。このような、構造の制御は、磁場を使った自己組織
化現象を可能にする。また、無磁場の下で生じるその他
の弱い相互作用によって起こる自己組織化現象による高
次構造を変化させることができる。Although FIG. 1 shows only the interaction between two particles, the interaction also works when there is an aggregate of particles. In that case, in a magnetic field,
Interaction between the particles allows them to be rearranged to take the lowest energy state. It is also possible to form a lattice structure with randomly arranged particles, change the dimension of the periodic structure, and change the symmetry of the lattice. These effects can also be changed by the magnetic anisotropy resulting from the shape and properties in the substance. Such control of the structure enables a self-organization phenomenon using a magnetic field. In addition, it is possible to change a higher-order structure due to a self-organization phenomenon caused by other weak interactions generated under no magnetic field.
【００２４】また、複数種の粒子が混じった粉体の場合
は、磁場の不均一性によって、再配列された粒子は磁気
ポテンシャルと重力ポテンシャルの和が最低になるよう
に、空間的に移動する駆動力が与えられ、複数個の再配
列凝集体を作製することが可能である。In the case of a powder in which a plurality of types of particles are mixed, the rearranged particles move spatially so that the sum of the magnetic potential and the gravitational potential becomes minimum due to the inhomogeneity of the magnetic field. A driving force is applied, and a plurality of rearranged aggregates can be produced.
【００２５】この技術は、粉体の分離技術に応用するこ
とができる。すなわち、種々の方法で粒子の分離を行う
際に、粒子の流動を促進ないし阻害することで、その分
離を促進あるいは異なる速度で行わせることが可能であ
る。全く溶媒を必要とせず、しかも、磁場を印加するだ
けという極めて簡単な操作で、ドライなままで粉体を分
離させることも可能となり、新しい分離法を提供するこ
とができる。This technique can be applied to a powder separation technique. That is, when the particles are separated by various methods, by promoting or inhibiting the flow of the particles, the separation can be promoted or performed at a different speed. It is possible to separate the powder in a dry state by a very simple operation that does not require any solvent and only applies a magnetic field, and a new separation method can be provided.
【００２６】磁気相互作用は、静的な系にも動的な系に
も働く。したがって、連続的なプロセスへの応用も可能
である。また、物質の応用範囲は、有機物から、無機
物、金属など、幅広い範囲にまたがり、純物質である必
要性もない。粉体などの製品の品質管理などにも、この
磁気相互作用を用いた分離技術を利用できる。Magnetic interaction works for both static and dynamic systems. Therefore, application to a continuous process is also possible. In addition, the application range of a substance covers a wide range from an organic substance to an inorganic substance, a metal and the like, and there is no need to be a pure substance. The separation technology using this magnetic interaction can also be used for quality control of products such as powder.
【００２７】（実施例）磁石は、図２に示すように、φ
１００ｍｍの室温空間ボアを持ち、最大１０テスラの磁
場を発生させることができる伝導冷却型超伝導磁石１
（住友重機械工業製；ＨＦ−１０−１００ＶＨＴ−５）
を用いた。(Example) As shown in FIG.
A conduction-cooled superconducting magnet 1 having a room temperature space bore of 100 mm and capable of generating a magnetic field of up to 10 Tesla
(Sumitomo Heavy Industries; HF-10-100VHT-5)
Was used.
【００２８】図３は磁石ボア中心軸上での磁場Ｂおよ
び、磁場と磁場勾配の積Ｂ・∂Ｂ／∂ｚの分布を示す図
であり、横軸に磁石ボア中心からの距離〔ｚ／ｍｍ〕、
左縦軸は磁場〔Ｂ／Ｔ〕、右縦軸は磁場と磁場勾配の積
〔（Ｂ・∂Ｂ／∂ｚ）／Ｔ2 ｍ -1〕である。FIG. 3 shows the magnetic field B and the magnetic field B on the center axis of the magnet bore.
And the distribution of the product of the magnetic field and the magnetic field gradient B · ∂B / ∂z
And the horizontal axis represents the distance [z / mm] from the center of the magnet bore,
The left vertical axis is the magnetic field [B / T], and the right vertical axis is the product of the magnetic field and the magnetic field gradient.
[(B · ∂B / ∂z) / TTwom -1].
【００２９】この図において、磁場Ｂおよび磁場と磁場
勾配の積Ｂ・∂Ｂ／∂ｚの分布が示されており、その磁
場と磁場勾配の積は、物質に働く磁気力に比例する量で
ある。In this figure, the distribution of the magnetic field B and the product of the magnetic field and the magnetic field gradient B · ∂B / ∂z is shown, and the product of the magnetic field and the magnetic field gradient is an amount proportional to the magnetic force acting on the substance. is there.
【００３０】２粒子間の磁気相互作用の観測には、大き
な反磁性を示すグラファイトを用いた。グラファイト
は、磁気異方性の大きい物質であるが、用いたグラファ
イトは単結晶ではない。グラファイト微粒子を固めたφ
６ｍｍ円柱状ロッドから厚さ１ｍｍの円盤形に切り出
し、それを半分に切って半月状にしたものである。重量
磁化率は、全体としての平均値が５．３×１０-6（ｃｍ
3 ／ｇ）程度であった。グラファイトは、その大きな磁
化率のために、超伝導磁石ボア内に磁気浮上させること
ができる。For the observation of the magnetic interaction between the two particles, graphite showing large diamagnetism was used. Graphite is a substance having a large magnetic anisotropy, but the graphite used is not a single crystal. Φ which hardened graphite fine particles
A 1 mm thick disk was cut out from a 6 mm cylindrical rod and cut in half to form a half moon. The weight susceptibility has an average value of 5.3 × 10 −6 (cm) as a whole.
3 / g). Graphite can be magnetically levitated in a superconducting magnet bore due to its large susceptibility.
【００３１】図４は半月状試料（グラファイト微粒子）
が浮上したときの様子を撮影したもので、浮上位置での
磁場強度はおよそ３．９テスラ（Ｔ）である。二つの半
月状試料の間に１ｍｍ弱の隙間が空いていることが見て
取れる。FIG. 4 shows a half-moon sample (graphite fine particles).
Is a photograph of the state at the time of floating, and the magnetic field strength at the floating position is about 3.9 Tesla (T). It can be seen that there is a gap of less than 1 mm between the two crescent-shaped samples.
【００３２】磁気ポテンシャルは、ボアの中心軸を回転
軸とした回転対称性を持つ。非接触で安定に磁気浮上す
る領域では、中心軸の磁気ポテンシャルがボア壁面より
も低い。つまり、２個の粒子を入れても、それらの間に
相互作用が無ければ、二つは接触した状態で浮上するは
ずである。しかし、図４に示したように、二つが離れて
浮上しているということは、これらの間には前述で予想
されたような磁場中で誘起された弱磁性体粒子磁気モー
メント相互間の反発、あるいは引力相互作用が存在する
ことを示している。The magnetic potential has rotational symmetry with the central axis of the bore as the axis of rotation. In a region where magnetic levitation is stably performed without contact, the magnetic potential of the central axis is lower than the bore wall surface. That is, even if two particles are put in, if there is no interaction between them, the two should come up in contact. However, as shown in FIG. 4, the fact that the two are floating apart means that there is a repulsion between the magnetic moments of the weak magnetic particles induced in the magnetic field as predicted above. Or an attractive interaction exists.
【００３３】これは、磁場中で誘起された弱磁性体粒子
磁気モーメント相互間の反発あるいは引力相互作用を初
めて観測した例である。なお、グラファイトが浮上した
領域は、径方向（図４の中で面に平行）の磁場勾配０．
０２Ｔ／ｍ以下の磁場勾配が小さい領域である。This is the first observation of a repulsive or attractive interaction between the magnetic moments of weak magnetic particles induced in a magnetic field. The area in which the graphite floated was a magnetic field gradient of 0.1 in the radial direction (parallel to the plane in FIG. 4).
This is a region where the magnetic field gradient of 02 T / m or less is small.
【００３４】また、異種物質の粉末を同時に磁場中に入
れた場合の粒子再配置については、次のような実験を行
った。まず、ＳｕｃｒｏｓｅとＮａＣｌ（砂糖と塩）の
粉末を５００ｍｇずつ秤量し、耐圧製のガラス内に入
れ、３２気圧の酸素ガスを入れて密封する。中心磁場１
０Ｔの磁場中に容器を入れると、磁気アルキメデス浮上
状態が実現される。それぞれの種類の粒子は、粒子間の
相互作用によって再配置されて、それぞれ一つの塊とな
って浮上した。The following experiment was conducted with respect to particle rearrangement in the case where powders of different substances were simultaneously placed in a magnetic field. First, 500 mg of powder of Sucrose and NaCl (sugar and salt) are weighed, placed in a pressure-resistant glass, and sealed with an oxygen gas at 32 atm. Central magnetic field 1
When the container is placed in a magnetic field of 0T, a magnetic Archimedes levitation state is realized. Particles of each type were rearranged due to the interaction between the particles, and each surfaced as one mass.
【００３５】図５は上述のＳｕｃｒｏｓｅとＮａＣｌ粉
末の実験写真と、それに加えＫＣｌ粉末とＮａＣｌ粉末
で同様の実験を行った場合の実験写真を示す図である。
図５（ａ）がＫＣｌ粉末とＮａＣｌ粉末での実験、図５
（ｂ）がＳｕｃｒｏｓｅとＮａＣｌ粉末の実験写真を示
す図である。FIG. 5 is a view showing an experimental photograph of the above-mentioned Sucrose and NaCl powder, and an experimental photograph when a similar experiment was conducted with KCl powder and NaCl powder.
FIG. 5A shows an experiment using KCl powder and NaCl powder, and FIG.
(B) is a figure which shows the experimental photograph of Sucrose and NaCl powder.
【００３６】別々の位置に浮上するのは、図の中で縦方
向の磁場勾配が非常に大きいことから、磁気ポテンシャ
ルエネルギーと重力ポテンシャルエネルギーの和が最小
になるように、粒子が移動したからである。このよう
に、はっきりと物質が空間的に分離されることが示され
た。The reason why the particles float at different positions is that the particles have moved so that the sum of the magnetic potential energy and the gravitational potential energy is minimized because the vertical magnetic field gradient is very large in the figure. is there. Thus, it was shown that the materials were clearly separated spatially.
【００３７】また、市販のインスタントココア粉末を磁
気アルキメデス浮上法を用いて浮上させると、それぞれ
の成分粉末は、図６に示すように、ココア、ミルク、砂
糖と異なる高さの位置に分離浮上する。このとき、最初
は粉末は混合したままで浮上するが、１〜２分のうちに
粉体中の各粒子はそれぞれに位置の再配列を行いつつ、
異なる種類の粒子ごとに集合して、分離する。When a commercially available instant cocoa powder is floated using the magnetic Archimedes flotation method, each component powder separates and floats at a different height from cocoa, milk and sugar, as shown in FIG. . At this time, the powder first floats while being mixed, but within one to two minutes, each particle in the powder rearranges its position,
Collect and separate for different types of particles.
【００３８】また、コロイド懸濁粒子が示す高次構造を
磁場で制御するための実験として、ジオクタデシルジメ
チルアンモニウムクロライド（ＤＯＡＣ）水溶液に関す
る実験を行った。この物質では、磁場なしの場合には、
２分子膜間の弱い相互作用が存在し、膜が規則的に配列
する〔図７（ａ）参照〕。しかし、磁場を印加すると、
この２分子膜の間に磁気モーメント相互作用が生じる
〔図７（ｂ）参照〕。本コロイド懸濁系は、作製する際
に無磁場で作製した場合と、１０テスラの磁場中で作製
した場合とで、粒子の高次構造により生じる干渉効果に
よって現れる色調に差異が認められた。図７はコロイド
粒子の再配列の一例を模式的に描いたもので、物質の磁
性や磁場の向きによって、構造変化の様子は異なる。As an experiment for controlling the higher-order structure of the colloidal suspension particles by a magnetic field, an experiment on an aqueous solution of dioctadecyldimethylammonium chloride (DOAC) was conducted. In this material, without a magnetic field,
There is a weak interaction between the bimolecular films, and the films are regularly arranged (see FIG. 7A). However, when a magnetic field is applied,
A magnetic moment interaction occurs between the two molecular films (see FIG. 7B). In the colloidal suspension system, a difference was observed in the color tone produced by the interference effect caused by the higher-order structure of the particles when the colloidal suspension was produced in the absence of a magnetic field and when produced in a magnetic field of 10 Tesla. FIG. 7 schematically illustrates an example of rearrangement of colloidal particles. The state of the structural change differs depending on the magnetism of the substance and the direction of the magnetic field.
【００３９】以上の結果から、本発明の効果は明らかで
ある。From the above results, the effect of the present invention is clear.
【００４０】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible based on the gist of the present invention, and these are not excluded from the scope of the present invention.
【００４１】[0041]
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果を奏することができる。As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.
【００４２】（Ａ）粒子集合体の大きさに比べ、比較的
広い領域で安定した強磁場（１テスラないしそれ以上）
を得られるような超伝導磁石を用いるようにしたので、
強磁場によって磁気相互作用が増幅され、観測が容易に
なるとともに、実用プロセスとして有用な効果を生じさ
せるに十分な強さとすることができる。(A) Strong magnetic field (1 Tesla or more) that is stable over a relatively large area compared to the size of the particle aggregate
Because we used a superconducting magnet that can obtain
The magnetic interaction is amplified by the strong magnetic field, which facilitates observation and can be sufficiently strong to produce an effect useful as a practical process.
【００４３】（Ｂ）物質の磁気的性質、粒子間の距離、
大きさなどと磁場の空間的分布から相互作用の大きさを
見積もることができるので、実際の系においてその有効
性を評価することができる。また、磁場強度や物質を変
化させることによって、相互作用の大きさの変化を観測
することも可能である。(B) the magnetic properties of the substance, the distance between the particles,
Since the magnitude of the interaction can be estimated from the magnitude and the spatial distribution of the magnetic field, its effectiveness can be evaluated in an actual system. It is also possible to observe a change in the magnitude of the interaction by changing the magnetic field strength or the substance.
【００４４】（Ｃ）相互作用の存在の真偽を知るために
は、試料を気体や液体媒体中に磁気浮上状態にするか、
あるいは、摩擦の少ない繊維状のもので吊るし、試料と
容器底面（壁面）などとの間の大きな摩擦力がなくなる
ようにすることにより、相互作用の観測がより容易にな
る。このとき、媒体の流動、機械的振動、磁場の振動な
どをなくすことによって、さらに安定した観測が可能に
なる。(C) In order to know the truth of the existence of the interaction, the sample must be magnetically levitated in a gas or liquid medium,
Alternatively, the suspension can be suspended with a fibrous material having low friction so that a large frictional force between the sample and the bottom surface (wall surface) of the container or the like disappears, thereby making it easier to observe the interaction. At this time, by eliminating the flow of the medium, the mechanical vibration, the vibration of the magnetic field, and the like, more stable observation becomes possible.
【００４５】（Ｄ）強磁場中で誘起された弱磁性体粒子
磁気モーメント相互間の反発あるいは引力相互作用を、
粉体あるいはコロイドなどの粒子集合体のプロセスに有
効に活用することができる。このためには、粒子集合体
において、各粒子が互いに凝集しようとする力がなるべ
く小さいことが望ましい。このために、分散性の良い粒
子を用いるとともに分散性を向上させるために一般に用
いられる処理を活用することも可能である。(D) The repulsive or attractive interaction between the magnetic moments of the weak magnetic particles induced in the strong magnetic field is
It can be effectively used for the process of particle aggregates such as powder or colloid. For this purpose, in the particle aggregate, it is desirable that the force of each particle to aggregate together is as small as possible. For this purpose, it is possible to use particles having good dispersibility and to utilize a process generally used for improving dispersibility.
【００４６】（Ｅ）強磁場中に置かれた弱磁性体内に誘
起された磁気モーメント相互間の引力または斥力相互作
用を、粒子集合体または分散体の再配置に利用するもの
である。この効果は、粒子集合体または分散体の高次構
造の相転移を引き起こしたり、あるいは流動性に変化を
与えたりすることができ、粒子集合体の分離プロセスな
どに活用するすることができる。(E) An attractive or repulsive interaction between magnetic moments induced in a weak magnetic material placed in a strong magnetic field is used for rearrangement of a particle aggregate or a dispersion. This effect can cause a phase transition of a higher-order structure of the particle aggregate or the dispersion or change the fluidity, and can be used for a separation process of the particle aggregate.
【図１】磁場中での反磁性粒子及び常磁性粒子の相互作
用の様子を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the state of interaction between diamagnetic particles and paramagnetic particles in a magnetic field.
【図２】伝導冷却型超伝導磁石の外観図である。FIG. 2 is an external view of a conduction cooled superconducting magnet.
【図３】磁石ボア中心軸上での磁場Ｂおよび磁場と磁場
勾配の積Ｂ・∂Ｂ／∂ｚの分布を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a distribution of a magnetic field B on the center axis of the magnet bore and a product B · ∂B / ∂z of the magnetic field and the magnetic field gradient.
【図４】グラファイト内部に誘起された磁気モーメント
間の相互作用によって、二つの半月状試料（グラファイ
ト微粒子）が離れて浮いたものを撮影した図である。FIG. 4 is a view showing two floating semi-lunar samples (graphite fine particles) separated by interaction between magnetic moments induced inside graphite.
【図５】粒子集合体の再配列と磁気分離作用の実験にお
いて、砂糖と塩を使った場合の結果及びＫＣｌとＮａＣ
ｌを使った場合の結果の写真を示す図である。FIG. 5 shows the results of experiments using sugar and salt, and KCl and NaC in experiments of rearrangement and magnetic separation of particle aggregates.
It is a figure which shows the photograph of the result at the time of using l.
【図６】図５と同様に市販ココアを使った実験結果の写
真を示す図である。FIG. 6 is a view showing a photograph of an experimental result using a commercially available cocoa as in FIG. 5;
【図７】コロイド懸濁粒子が磁場によって再配列を生じ
構造が変化する際の模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram when a colloidal suspension particle undergoes rearrangement by a magnetic field to change its structure.
１ 伝導冷却型超伝導磁石 Ａ，Ａ１，Ａ２ 磁化率が負の反磁性物質 Ｂ，Ｂ１，Ｂ２ 磁化率が正である常磁性物質 1 Conduction-cooled superconducting magnets A, A1, A2 Diamagnetic materials with negative magnetic susceptibility B, B1, B2 Paramagnetic materials with positive magnetic susceptibility
フロントページの続き (72)発明者 廣田 憲之 富山県富山市粟島町３−１−12 Ｆターム(参考） 4G075 AA27 BB08 CA42 DA02 FC12Continued on the front page (72) Inventor Noriyuki Hirota 3-1-12 Awashimacho, Toyama-shi, Toyama F-term (reference) 4G075 AA27 BB08 CA42 DA02 FC12
Claims (4)
磁場中に入れたときに、個々の物体内部に誘起された磁
気モーメント間の磁気的な引力及び斥力相互作用に基づ
いて、粒子の凝集及び分散状態の形成過程あるいは形状
を制御することを特徴とする粒子の制御方法。1. When a plurality of paramagnetic or diamagnetic objects are placed in a strong magnetic field, the particles generate a magnetic force based on a magnetic attractive and repulsive interaction between magnetic moments induced inside the individual objects. A method for controlling particles, comprising controlling a formation process or a shape of an aggregated and dispersed state.
て、磁場強度および磁場の向きを変化させて、磁場中に
置かれた粒子の配置を変化させることを特徴とする粒子
の制御方法。2. The method for controlling particles according to claim 1, wherein the intensity of the magnetic field and the direction of the magnetic field are changed to change the arrangement of the particles placed in the magnetic field.
て、磁場中に入れられた２種類以上の物質の内部に誘起
された異種及び同種磁気モーメント間の相互作用と、空
間的な磁場強度分布を利用して、個々の物質からなる粒
子の集合体の形成過程とその形状、また相対的位置関係
を制御することを特徴とする粒子の制御方法。3. The method for controlling particles according to claim 1, wherein an interaction between different and homogeneous magnetic moments induced inside two or more kinds of substances put in a magnetic field and a spatial magnetic field intensity distribution. A method for controlling particles, comprising controlling the formation process, the shape, and the relative positional relationship of an aggregate of particles made of individual substances using the method.
て、前記粒子の集合体の相対的位置関係、あるいは凝集
体形成速度を利用して、粒子を分離することを特徴とす
る粒子の制御方法。4. The method for controlling particles according to claim 3, wherein the particles are separated by utilizing a relative positional relationship of the aggregate of the particles or an aggregate formation speed. .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000320376A JP4854842B2 (en) | 2000-10-20 | 2000-10-20 | Particle control method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000320376A JP4854842B2 (en) | 2000-10-20 | 2000-10-20 | Particle control method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002126495A true JP2002126495A (en) | 2002-05-08 |
| JP4854842B2 JP4854842B2 (en) | 2012-01-18 |
Family
ID=18798667
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000320376A Expired - Fee Related JP4854842B2 (en) | 2000-10-20 | 2000-10-20 | Particle control method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4854842B2 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005246538A (en) * | 2004-03-03 | 2005-09-15 | Toyo Univ | Aggregation control method for material containing magnetic particle by alternating magnetic field |
| JP2007503399A (en) * | 2003-08-26 | 2007-02-22 | カー・イュー・ルーベン・リサーチ・アンド・ディベロップメント | Reduction of particle size of bioactive compounds |
| JP2011506051A (en) * | 2006-12-20 | 2011-03-03 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Method and apparatus for separating magnetic particles, magnetic particles, and use of magnetic particles |
| JP2011195954A (en) * | 2010-02-25 | 2011-10-06 | Hitoshi Arai | Method for producing fine copper powder, and copper conductive paste using the fine copper powder produced by the production method |
| WO2013027818A1 (en) * | 2011-08-25 | 2013-02-28 | 宇部興産株式会社 | Mixture separation method and separation device |
| WO2014046164A1 (en) * | 2012-09-20 | 2014-03-27 | 宇部興産株式会社 | Compound separation method and separation device |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000015136A (en) * | 1998-06-30 | 2000-01-18 | Toshiba Corp | Separation of materials having different mangnetisms, device therefor and thermal power generating system |
| JP2002059026A (en) * | 2000-08-23 | 2002-02-26 | Japan Society For The Promotion Of Science | Method for classfying plastic mixture by magnetic archimedes effect |
| JP2002177814A (en) * | 2000-08-21 | 2002-06-25 | Archimedes Technology Group Inc | Multi-mass filter |
-
2000
- 2000-10-20 JP JP2000320376A patent/JP4854842B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000015136A (en) * | 1998-06-30 | 2000-01-18 | Toshiba Corp | Separation of materials having different mangnetisms, device therefor and thermal power generating system |
| JP2002177814A (en) * | 2000-08-21 | 2002-06-25 | Archimedes Technology Group Inc | Multi-mass filter |
| JP2002059026A (en) * | 2000-08-23 | 2002-02-26 | Japan Society For The Promotion Of Science | Method for classfying plastic mixture by magnetic archimedes effect |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007503399A (en) * | 2003-08-26 | 2007-02-22 | カー・イュー・ルーベン・リサーチ・アンド・ディベロップメント | Reduction of particle size of bioactive compounds |
| JP2005246538A (en) * | 2004-03-03 | 2005-09-15 | Toyo Univ | Aggregation control method for material containing magnetic particle by alternating magnetic field |
| JP2011506051A (en) * | 2006-12-20 | 2011-03-03 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Method and apparatus for separating magnetic particles, magnetic particles, and use of magnetic particles |
| JP2011195954A (en) * | 2010-02-25 | 2011-10-06 | Hitoshi Arai | Method for producing fine copper powder, and copper conductive paste using the fine copper powder produced by the production method |
| WO2013027818A1 (en) * | 2011-08-25 | 2013-02-28 | 宇部興産株式会社 | Mixture separation method and separation device |
| US9561511B2 (en) | 2011-08-25 | 2017-02-07 | Ube Industries, Ltd. | Method and apparatus for separation of mixture |
| WO2014046164A1 (en) * | 2012-09-20 | 2014-03-27 | 宇部興産株式会社 | Compound separation method and separation device |
| JPWO2014046164A1 (en) * | 2012-09-20 | 2016-08-18 | 宇部興産株式会社 | Method and apparatus for separating mixture |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4854842B2 (en) | 2012-01-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Socoliuc et al. | Ferrofluids and bio-ferrofluids: Looking back and stepping forward | |
| Wang et al. | Magnetic field guided colloidal assembly | |
| Khairul et al. | Advanced applications of tunable ferrofluids in energy systems and energy harvesters: A critical review | |
| Erb et al. | Magnetic assembly of colloidal superstructures with multipole symmetry | |
| Islam et al. | Field-induced structures in miscible ferrofluid suspensions with and without latex spheres | |
| Zhu et al. | Continuous separation of non-magnetic particles inside ferrofluids | |
| Hatch et al. | Magnetic design considerations for devices and particles used for biological high-gradient magnetic separation (HGMS) systems | |
| Gillon | Uses of intense dc magnetic fields in materials processing | |
| Ikezoe et al. | Separation of feeble magnetic particles with magneto-Archimedes levitation | |
| Jadav et al. | Influence of magnetic field on evaporation of a ferrofluid droplet | |
| Hirota et al. | Magneto-Archimedes separation and its application to the separation of biological materials | |
| Sun et al. | Processing of non-ferromagnetic materials in strong static magnetic field | |
| US5049540A (en) | Method and means for separating and classifying superconductive particles | |
| Li et al. | Flow enhanced non-linear magnetophoretic separation of beads based on magnetic susceptibility | |
| JP4854842B2 (en) | Particle control method | |
| CA1074988A (en) | Fine powder classification by ferrofluid density separation | |
| Aigbe et al. | Measuring the velocity profile of spinning particles and its impact on Cr (VI) sequestration | |
| DE102017008035A1 (en) | Apparatus and method for separating magnetically attractable particles from fluids | |
| Ando et al. | Development of recovery device for particulates in fluid by magneto-Archimedes separation | |
| Maier et al. | Critical nucleation mesh-size of coarsening transient colloidal networks | |
| Hirota et al. | Magneto-Archimedes levitation and its application | |
| Tournier et al. | Materials processing in a magnetic force opposed to the gravity | |
| Yellen et al. | Arraying nonmagnetic colloids by magnetic nanoparticle assemblers | |
| Hirota et al. | Control of structures of feeble magnetic particles by utilizing induced magnetic dipoles | |
| Bacri et al. | Ferrofluids: a model system of self-organised equilibrium |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20031031 |
|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20040129 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070823 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090710 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090804 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20091002 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100921 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20101109 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20110621 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110831 |
|
| A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20110907 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20111025 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20111026 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141104 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |