JP2007021430A - Manufacturing method of particulate filter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関、特にディーゼルエンジンから排気される排ガスに含まれるパティキュレートマターを捕集するパティキュレートフィルタの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a particulate filter that collects particulate matter contained in exhaust gas exhausted from an internal combustion engine, particularly a diesel engine.
内燃機関、特に、ディーゼルエンジンから排気される排ガス中には煤を主成分とするパティキュレートマター(PM:Particulate Matter、粒子状物質)が含まれている。このパティキュレートマターの大気への放出量を低減するため、従来、図5に示すような内燃機関の排ガス浄化装置30が用いられている。この図に示すように、内燃機関の排ガス浄化装置30は、内燃機関31の排気マニホルド32からの排ガス33が排気される排気通路34に配置されたパティキュレートフィルタ35と、パティキュレートフィルタ35の上流に配置された酸化触媒36とを有する。この排ガス浄化装置30では、図6に示すように、パティキュレートマター38がパティキュレートフィルタ35のフィルタ担体37の表面37aに捕集される。捕集されたパティキュレートマター38は、エンジン制御および酸化触媒36により約600℃まで上昇した排ガス33により燃焼されている。その結果、捕集したパティキュレートマター38が除去されて、パティキュレートフィルタ35の再生処理が行なわれている。
An exhaust gas exhausted from an internal combustion engine, particularly a diesel engine, contains particulate matter (PM) mainly composed of soot. Conventionally, an exhaust gas purification device 30 for an internal combustion engine as shown in FIG. 5 has been used to reduce the amount of particulate matter released into the atmosphere. As shown in this figure, an exhaust gas purification device 30 for an internal combustion engine includes a particulate filter 35 disposed in an
特許文献1には、内燃機関の排気ガス浄化用フィルタ担体に触媒層を付する際に、多孔質の壁部を通過させることのできる流体媒体に触媒成分を混入したスラリーを前記フィルタ担体に対して前記壁部により仕切られる複数の並列貫通空間の入口側及び出口側の少なくとも一方から順次流入させ、前記流体媒体が前記壁部を通過して流出させる一方、前記壁部に付された触媒成分が前記壁部の少なくとも一側に堆積させることにより、前記内燃機関の排気ガス浄化用フィルタ担体に対して、ガス状汚染成分を浄化する触媒層を、均一にかつその量を容易に管理可能に付するようにした内燃機関の排気ガス浄化用フィルタ担体の製造方法が記載されている。
In
しかしながら、上述した内燃機関の排ガス浄化装置30では、排ガス33を高温にし、パティキュレートマター38を燃焼して除去することができるものの、パティキュレートマター38の未燃焼による排気損失の増加によって燃費を悪化させてしまう可能性がある。
However, although the exhaust gas purification apparatus 30 for an internal combustion engine described above can remove the
特許文献1に記載の内燃機関の排気ガス浄化用フィルタ担体では、触媒層がHC、CO等未燃焼成分を浄化するための酸化触媒であり、酸化触媒の作用により、パティキュレートフィルタに堆積したパティキュレートマターを酸化し、パティキュレートフィルタの再生処理を行なうものの、酸化せずに残存するパティキュレートマターにより排気損失が増大し燃費を悪化させてしまう可能性がある。さらに、酸化触媒の劣化によりパティキュレートフィルタの再生処理の性能を低下させてしまう可能性がある。
In the exhaust gas purification filter carrier of the internal combustion engine described in
そこで、本発明は、前述した課題に鑑み提案されたもので、パティキュレートマターの処理能力を向上させることにより再生処理の性能を向上させたパティキュレートフィルタの製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been proposed in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a particulate filter in which the performance of regeneration processing is improved by improving the processing capacity of the particulate matter. .
上述した課題を解決する第1の発明に係るパティキュレートフィルタの製造方法は、内燃機関の排気経路に配置され、フィルタ担体に触媒層が付されたパティキュレートフィルタの製造方法であって、前記フィルタ担体に触媒層を付する際に、流体媒体に触媒成分と有機物を混入したスラリーを塗布する工程と、前記スラリーが塗布されたフィルタ担体を焼成して、当該有機物を除去することによって、前記触媒層に凹部を形成する工程とを有することを特徴とする。 A method for manufacturing a particulate filter according to a first invention that solves the above-described problem is a method for manufacturing a particulate filter that is disposed in an exhaust path of an internal combustion engine and that has a catalyst layer attached to a filter carrier. When attaching a catalyst layer to a carrier, a step of applying a slurry in which a catalyst component and an organic substance are mixed in a fluid medium, and firing the filter carrier on which the slurry is applied to remove the organic substance, thereby removing the catalyst. And a step of forming a recess in the layer.
上述した課題を解決する第2の発明に係るパティキュレートフィルタの製造方法は、第1の発明に記載されたパティキュレートフィルタの製造方法であって、前記有機物が、ポリエチレングリコールであることを特徴とする。 The method for producing a particulate filter according to the second invention for solving the above-described problem is a method for producing a particulate filter according to the first invention, wherein the organic substance is polyethylene glycol. To do.
上述した課題を解決する第3の発明に係るパティキュレートフィルタの製造方法は、第1又は第2の発明に記載されたパティキュレートフィルタの製造方法であって、前記有機物が、前記スラリーの固形重量に対して5wt%〜50wt%であることを特徴とする。 The method for producing a particulate filter according to the third invention for solving the above-described problem is the method for producing a particulate filter described in the first or second invention, wherein the organic substance is a solid weight of the slurry. It is characterized by being 5 wt% to 50 wt%.
上述した課題を解決する第4の発明に係るパティキュレートフィルタの製造方法は、第1乃至第3の何れかの発明に記載されたパティキュレートフィルタの製造方法であって、前記有機物の粒径が、前記触媒層に付着するパティキュレートマターの平均粒径より大きいことを特徴とする。 A method for manufacturing a particulate filter according to a fourth invention for solving the above-described problem is a method for manufacturing a particulate filter according to any one of the first to third inventions, wherein the particle size of the organic substance is set. The average particle diameter of the particulate matter adhering to the catalyst layer is larger.
上述した課題を解決する第5の発明に係るパティキュレートフィルタの製造方法は、第1乃至第4の何れかの発明に記載されたパティキュレートフィルタの製造方法であって、前記有機物の粒径が、1μm〜50μmであることを特徴とする。 A method for manufacturing a particulate filter according to a fifth invention for solving the above-described problem is the method for manufacturing a particulate filter according to any one of the first to fourth inventions, wherein the particle size of the organic substance is set. 1 μm to 50 μm.
第1の発明に係るパティキュレートフィルタの製造方法によれば、有機物を除去した際にできる凹部により、触媒層の表面積を大きくして、すなわち、パティキュレートマターと触媒層との接触面積を大きくして、パティキュレートマターの処理能力を向上させる。その結果、パティキュレートフィルタの単位面積、単位時間当たりのパティキュレートマターの除去割合が増加するため、残存するパティキュレートマターが減少し、排気圧損失の低減が可能になり、内燃機関の高出力化、低温再生燃焼による信頼性の向上及び燃費の向上に貢献することができる。 According to the method for producing a particulate filter according to the first aspect of the present invention, the surface area of the catalyst layer is increased, that is, the contact area between the particulate matter and the catalyst layer is increased by the recess formed when the organic matter is removed. Improve the processing capacity of particulate matter. As a result, the unit area of the particulate filter and the removal rate of particulate matter per unit time increase, so the remaining particulate matter decreases and exhaust pressure loss can be reduced, and the output of the internal combustion engine is increased. Moreover, it is possible to contribute to improvement of reliability and improvement of fuel consumption by low temperature regeneration combustion.
第2の発明に係るパティキュレートフィルタの製造方法によれば、第1の発明に記載されたパティキュレートフィルタの製造方法と同様な作用効果を奏する他、同一粒径に揃えたり、所定の粒径分布にしたりするなど粒径の制御がし易くなり、触媒層の表面粗さを適切に調整することができる。 According to the method for manufacturing a particulate filter according to the second invention, the same effect as the method for manufacturing the particulate filter described in the first invention can be obtained, and the same particle size can be used, or a predetermined particle size can be obtained. It becomes easy to control the particle size such as distribution, and the surface roughness of the catalyst layer can be adjusted appropriately.
第3の発明に係るパティキュレートフィルタの製造方法によれば、第1及び第2の発明に記載されたパティキュレートフィルタの製造方法と同様な作用効果を奏する他、触媒層の表面粗さをより適切に調整することができる。 According to the method for manufacturing a particulate filter according to the third invention, the same effect as the method for manufacturing the particulate filter described in the first and second inventions can be obtained, and the surface roughness of the catalyst layer can be further increased. It can be adjusted appropriately.
第4の発明に係るパティキュレートフィルタの製造方法によれば、第1乃至第3の発明に記載されたパティキュレートフィルタの製造方法と同様な作用効果を奏する他、有機物の粒径を、パティキュレートマターの粒径の平均より大きくしているので、触媒層に形成される凹部率を適切に調整することができ、パティキュレートマターを効率的に捕集できると共に、捕集したパティキュレートマターと触媒層とを効率的に接触させることができるので、従来のパティキュレートフィルタに比べてより多くのパティキュレートマターを処理することができる。 According to the method for manufacturing a particulate filter according to the fourth invention, the same effect as the method for manufacturing the particulate filter described in the first to third inventions can be obtained. Since it is larger than the average particle size of the matter, the ratio of the recesses formed in the catalyst layer can be adjusted appropriately, the particulate matter can be collected efficiently, and the collected particulate matter and catalyst Since the layer can be efficiently contacted, more particulate matter can be processed as compared with the conventional particulate filter.
第5の発明に係るパティキュレートフィルタの製造方法によれば、第1乃至第4の発明に記載されたパティキュレートフィルタの製造方法と同様な作用効果を奏する他、有機物の粒径をより具体化することによって、より確実に多くのパティキュレートマターを処理することができる。 According to the method for manufacturing a particulate filter according to the fifth invention, the same effect as the method for manufacturing the particulate filter described in the first to fourth inventions can be obtained, and the particle size of the organic substance is made more specific. By doing so, more particulate matter can be processed more reliably.
以下に、本発明に係るパティキュレートフィルタの製造方法を実施するための最良の形態を実施例に基づき具体的に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the method for producing a particulate filter according to the present invention will be specifically described based on examples.
以下に第1の実施例に係るパティキュレートフィルタの製造方法について図を用いて説明する。
図1は、本発明の第1の実施例に係るパティキュレートの製造方法にて製造されたパティキュレートフィルタを有する内燃機関の排ガス処理装置の概略図である。図2は、図1における囲み線(II)の拡大断面図である。図3は、本発明の第1の実施例に係るパティキュレートフィルタの製造方法のフローを示す図である。
Hereinafter, a method for manufacturing a particulate filter according to the first embodiment will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic view of an exhaust gas treatment apparatus for an internal combustion engine having a particulate filter manufactured by a particulate manufacturing method according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the encircling line (II) in FIG. FIG. 3 is a diagram showing a flow of a method for manufacturing a particulate filter according to the first embodiment of the present invention.
本発明の第1の実施例に係るパティキュレートフィルタの製造方法により製造されたパティキュレートフィルタ20は、図1に示すように、内燃機関1から排ガス24が排気される排気マニホルド2に連結された排気通路(排気経路)3に配置される。この内燃機関1の吸気側には、吸気ポート4を開閉する吸気弁5と、吸気ポート4に連通する吸気枝管6と、吸気枝管6の上流に配置されるエアクリーナ8とを有する。内燃機関1の排気側には、排気ポート9を開閉する排気弁10が設けられ、排気ポート9が排気マニホルド2に連通される。排気マニホルド2と吸気枝管6に設けられたサージタンク11とは排気ガス再循環通路12を介して互いに連結され、この排気ガス再循環通路12内には、図示しない電気制御式EGR制御弁が配置される。内燃機関1は、シリンダヘッド13と、シリンダヘッド13の下部に配置されたシリンダブロック14と、シリンダブロック14内に配置されたピストン15と、ピストン15とシリンダヘッド13により区画される燃焼室16とを有する。
A
上述したパティキュレートフィルタ20は、触媒層がフィルタ担体に付されており、フィルタ担体に触媒層を付する際に、以下の手順にて製造される。
図3に示すように、最初に、パティキュレートマターの酸化を促進する触媒成分と有機物とを流体媒体であるシリカゾル及び水に混入してスラリーを作製する(ステップS1)。ただし、前記有機物は、スラリーの固形重量に対して5wt%〜50wt%とする。
尚、固形重量とは、スラリーに含まれる固形物の重量である。
The
As shown in FIG. 3, first, a slurry is prepared by mixing a catalyst component that promotes oxidation of particulate matter and an organic substance in silica sol and water that are fluid media (step S1). However, the organic substance is 5 wt% to 50 wt% with respect to the solid weight of the slurry.
In addition, solid weight is the weight of the solid substance contained in a slurry.
前記触媒成分として、アルカリ金属、アルカリ土類金属、Pt,Pd,Rhなどの貴金属、Ni,Co,Ceなどが挙げられる。 Examples of the catalyst component include alkali metals, alkaline earth metals, noble metals such as Pt, Pd, and Rh, Ni, Co, and Ce.
前記有機物としては、例えば、500℃から600℃前後で燃焼除去が可能なカーボンや、ポリエチレングリコールなどが挙げられる。尚、同一粒径に揃えたり、所定の粒径分布にしたりするなど粒径の制御がし易いポリエチレングリコールが好ましい。ただし、前記有機物の粒径は、1μmから50μmの範囲であり、好適には、20μmから30μmの範囲である。有機物の粒径を50μm以下とすることで、パティキュレートフィルタの触媒層の強度を維持することができる。 Examples of the organic substance include carbon that can be burned and removed at about 500 ° C. to about 600 ° C., polyethylene glycol, and the like. In addition, polyethylene glycol that allows easy control of the particle size such as the same particle size or a predetermined particle size distribution is preferred. However, the particle size of the organic substance is in the range of 1 μm to 50 μm, and preferably in the range of 20 μm to 30 μm. By setting the particle size of the organic material to 50 μm or less, the strength of the catalyst layer of the particulate filter can be maintained.
続いて、前記スラリーをフィルタ担体に塗布する(ステップS2)。
さらに、スラリーが塗布されたフィルタ担体を有機物の燃焼温度にて焼成して、前記有機物を燃焼させて除去し、このとき、触媒層22に凹部40を形成する(ステップS3)。よって、上述したように、有機物の粒径を、パティキュレートマターの平均粒径以上とすることで、パティキュレートフィルタの触媒層にパティキュレートマターが効率良く捕集される。
Subsequently, the slurry is applied to the filter carrier (step S2).
Further, the filter carrier on which the slurry is applied is baked at the combustion temperature of the organic matter, and the organic matter is burned and removed. At this time, the
このような手順にて製造されたパティキュレートフィルタ20は、図2に示すように、フィルタ担体21と、フィルタ担体の表面に塗布された触媒層22と有する。ただし、上述したように有機物が除去された部位が凹部40となるため、触媒層22には、フィルタ担体の表面に触媒層を単に塗布しただけの従来のパティキュレートフィルタに比べて、複雑な凹凸が形成される。よって、パティキュレートフィルタ20の触媒層22と、排気ガス中のパティキュレートマター23との接触面積が増加する。
As shown in FIG. 2, the
[比較例]
最初に、パティキュレートマターの酸化を促進して、その燃焼温度を低減する触媒成分を流体媒体に混入してスラリーを作製する。前記触媒成分としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、Pt,Pd,Rhなどの貴金属、Ni,Co,Ceなどが挙げられる。
続いて、スラリーをフィルタ担体に塗布し乾燥してパティキュレートフィルタ(比較)を作製する。
[Comparative example]
First, a catalyst component that promotes oxidation of particulate matter and reduces its combustion temperature is mixed into a fluid medium to produce a slurry. Examples of the catalyst component include alkali metals, alkaline earth metals, noble metals such as Pt, Pd, and Rh, Ni, Co, and Ce.
Subsequently, the slurry is applied to a filter carrier and dried to prepare a particulate filter (comparison).
[評価]
ここで、上述した本発明の第1の実施例に係るパティキュレートフィルタの製造方法により製造されたパティキュレートフィルタ(No.1)、及び上述したパティキュレートフィルタ(比較)において、パティキュレートフィルタを昇温させた場合のCO2発生量の関係について図4を用いて説明する。ここで、CO2発生開始温度をパティキュレートマターの燃焼開始温度としている。
図4は、本発明の第1の実施例に係るパティキュレートフィルタの製造方法にて製造されたパティキュレートフィルタ及び従来のパティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートマターの燃焼開始温度を示す図である。図4中において、実線は、本発明の第1の実施例に係るパティキュレートフィルタの製造方法にて製造されたパティキュレートフィルタ(No.1)の場合を示し、破線は従来のパティキュレートフィルタ(従来)の場合を示す。
[Evaluation]
Here, in the particulate filter (No. 1) manufactured by the above-described method for manufacturing a particulate filter according to the first embodiment of the present invention and the above-described particulate filter (comparison), the particulate filter is raised. The relationship of the CO 2 generation amount when the temperature is raised will be described with reference to FIG. Here, the CO 2 generation start temperature is set as the combustion start temperature of the particulate matter.
FIG. 4 is a diagram showing the combustion start temperature of the particulate filter produced by the particulate filter production method according to the first embodiment of the present invention and the particulate matter collected by the conventional particulate filter. is there. In FIG. 4, a solid line indicates the case of the particulate filter (No. 1) manufactured by the method for manufacturing a particulate filter according to the first embodiment of the present invention, and a broken line indicates a conventional particulate filter (No. 1). The conventional case is shown.
この図に示すように、パティキュレートフィルタ(No.1)は、パティキュレートマターの燃焼開始温度において、パティキュレートフィルタ(比較)に比べて低下したことが分かった。すなわち、パティキュレートフィルタ(No.1)は、パティキュレートフィルタ(従来)に比べて、触媒層の表面積を増加させ、その上、この触媒層の凹凸をパティキュレートマターより大きくさせたことにより、捕集されたパティキュレートマターの処理能力が向上していることが分かった。
また、処理能力の向上により、排ガスの温度を上昇させる酸化触媒をパティキュレートフィルタの前段に配置する必要も無くなる場合がある。
As shown in this figure, it was found that the particulate filter (No. 1) was lower than the particulate filter (comparison) at the combustion start temperature of the particulate matter. That is, the particulate filter (No. 1) is obtained by increasing the surface area of the catalyst layer as compared with the particulate filter (conventional), and further increasing the irregularities of the catalyst layer to be larger than the particulate matter. It turned out that the processing capacity of the collected particulate matter has improved.
Further, there is a case where it is not necessary to arrange an oxidation catalyst for raising the temperature of the exhaust gas in front of the particulate filter due to the improvement of the processing capacity.
したがって、本発明の第1の実施例に係るパティキュレートフィルタの製造方法にて製造したパティキュレートフィルタによれば、有機物を除去した際にできる凹部により、触媒層の表面積を大きくして、すなわち、パティキュレートマターと触媒層との接触面積を大きくして、パティキュレートマターの処理能力を向上させる。その結果、パティキュレートフィルタの単位面積、単位時間当たりのパティキュレートマターの除去割合が増加するため、残存するパティキュレートマターが減少し、排気圧損失の低減が可能になり、内燃機関の高出力化、低温再生燃焼による信頼性の向上及び燃費の向上に貢献することができる。 Therefore, according to the particulate filter manufactured by the particulate filter manufacturing method according to the first embodiment of the present invention, the surface area of the catalyst layer is increased by the recess formed when the organic matter is removed, that is, The contact area between the particulate matter and the catalyst layer is increased to improve the processing capacity of the particulate matter. As a result, the unit area of the particulate filter and the removal rate of particulate matter per unit time increase, so the remaining particulate matter decreases and the exhaust pressure loss can be reduced, increasing the output of the internal combustion engine. Moreover, it is possible to contribute to improvement of reliability and improvement of fuel consumption by low temperature regeneration combustion.
また、前記有機物としてポリエチレングリコールとすることで、同一粒径に揃えたり、所定の粒径分布にしたりするなど粒径の制御がし易くなり、触媒層の表面粗さを適切に調整することができる。さらに、前記有機物を、スラリーの固形重量に対して5wt%〜50wt%とすることで、触媒層の表面粗さをより適切に調整することができる。その上、前記有機物の粒径をパティキュレートマターの平均粒径より大きい1μm〜50μmとすることで、触媒層に形成される凹部率を適切に調整することができ、パティキュレートマターを効率的に捕集できると共に、捕集したパティキュレートマターと触媒層とを効率的に接触させることができるので、従来のパティキュレートフィルタに比べてより多くのパティキュレートマターを処理することができる。 In addition, by using polyethylene glycol as the organic substance, it is easy to control the particle size, for example, by aligning to the same particle size or setting a predetermined particle size distribution, and the surface roughness of the catalyst layer can be adjusted appropriately. it can. Furthermore, the surface roughness of a catalyst layer can be adjusted more appropriately by making the said organic substance into 5 wt%-50 wt% with respect to the solid weight of a slurry. In addition, by setting the particle size of the organic substance to 1 μm to 50 μm, which is larger than the average particle size of the particulate matter, the concave portion ratio formed in the catalyst layer can be appropriately adjusted, and the particulate matter can be efficiently Since the collected particulate matter can be efficiently brought into contact with the catalyst layer, more particulate matter can be treated as compared with the conventional particulate filter.
本発明は、内燃機関、特にディーゼルエンジンから排気される排ガスに含まれるパティキュレートマターを捕集するパティキュレートフィルタの製造方法に利用することが可能である。 The present invention can be used in a method for manufacturing a particulate filter that collects particulate matter contained in exhaust gas exhausted from an internal combustion engine, particularly a diesel engine.
1 内燃機関
2 排気マニホルド
3 排気通路
4 吸気ポート
5 吸気弁
6 吸気枝管
8 エアクリーナ
9 排気ポート
10 排気弁
11 サージタンク
12 排気ガス再循環通路
13 シリンダヘッド
14 シリンダブロック
15 ピストン
16 燃焼室
20 パティキュレートフィルタ
21 フィルタ担体
22 触媒層
23 パティキュレートマター
24 排ガス
30 内燃機関の排ガス浄化装置
31 内燃機関
32 排気マニホルド
33 排ガス
34 排気通路
35 パティキュレートフィルタ
36 酸化触媒
37 フィルタ担体
38 パティキュレートマター
40 凹部
1
Claims (5)
前記フィルタ担体に触媒層を付する際に、
流体媒体に触媒成分と有機物を混入したスラリーを塗布する工程と、
前記スラリーが塗布されたフィルタ担体を焼成して、当該有機物を除去することによって、前記触媒層に凹部を形成する工程とを有する
ことを特徴とするパティキュレートフィルタの製造方法。 A method for manufacturing a particulate filter, which is disposed in an exhaust path of an internal combustion engine and has a catalyst layer attached to a filter carrier,
When attaching a catalyst layer to the filter carrier,
Applying a slurry in which a catalyst component and an organic substance are mixed in a fluid medium;
And a step of forming a recess in the catalyst layer by baking the filter carrier coated with the slurry to remove the organic matter.
前記有機物は、ポリエチレングリコールである
ことを特徴とするパティキュレートフィルタの製造方法。 A method for manufacturing a particulate filter according to claim 1,
The method for producing a particulate filter, wherein the organic substance is polyethylene glycol.
前記有機物は、前記スラリーの固形重量に対して5wt%〜50wt%である
ことを特徴とするパティキュレートフィルタの製造方法。 A method for manufacturing a particulate filter according to claim 1 or claim 2,
The organic material is 5 wt% to 50 wt% with respect to the solid weight of the slurry.
前記有機物の粒径は、前記触媒層に付着するパティキュレートマターの粒径より大きい
ことを特徴とするパティキュレートフィルタの製造方法。 A method for manufacturing a particulate filter according to any one of claims 1 to 3,
The method for producing a particulate filter, wherein the particle size of the organic substance is larger than the particle size of the particulate matter adhering to the catalyst layer.
前記有機物の粒径は、1μm〜50μmである
ことを特徴とするパティキュレートフィルタの製造方法。 A method for manufacturing a particulate filter according to any one of claims 1 to 4,
The method for producing a particulate filter, wherein the organic substance has a particle size of 1 μm to 50 μm.
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