Study on the Elimination of Supercooling by Forming Structured Water
| Project/Area Number |
23K23118
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| Project/Area Number (Other) |
22H01850 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 27010:Transport phenomena and unit operations-related
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
鈴木 洋 神戸大学, 工学研究科, 教授 (90206524)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
日出間 るり 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (20598172)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥9,880,000 (Direct Cost: ¥7,600,000、Indirect Cost: ¥2,280,000)
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| Keywords | 過冷却 / ゼータ電位 / マイクロカプセル / 蓄熱材 / 蓄熱 / カプセル化蓄熱材 / 過冷却現象 / 構造水 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究ではシリカを外殻に有する硬殻マイクロカプセル化蓄熱材に関する過冷却解消現象が，外殻内面に形成される構造水が原因であると考え，構造水の形成と過冷却解消の関係を定量的に明らかにする．さらに構造水厚さの制御を，外殻のゼータ電位の制御によって実現し，蓄熱材の新たな過冷却解消法を確立する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
シリカ外殻を有する蓄熱カプセルにおいて，いくつかの無機水和物系の蓄熱材を内包した場合，過冷却が消失する現象が確認されている．そのメカニズムとして，シリカ外殻の内表面において構造水が形成され，内壁近傍の無機水和物の水分子量が低下し，融点が局所的に上昇するためであると考えられる．その証左としてpHが小さいアンモニウムミョウバン(pH=2)においては80Kもの過冷却が生じる．カプセル外殻をなすシリカの等電点はpH=2であり，この場合には構造水が形成されないためであると考えられる，本年度はシリカ外殻のゼータ電位を変更し，過冷却抑制を行う方法を検討した．昨年度実施したジルコニアの導入では，導入量が限定され，シリカカプセルのゼータ電位の改変が十分ではなかったため，本年度は新たにAPTES（(3-アミノプロピル)トリエトキシシラン）修飾によってゼータ電位の改善を試みた．
APTES修飾によって，ゼータ電位の等電点をpH2からpH10.5に変更することに成功した．また過冷却度については80Kから40Kまで改善することができた．したがって，ゼータ電位改善を行うことで，過冷却解消がなされることが明らかとなった．一方で完全な過冷却解消には至らなかった．この原因はカプセル内部へのAPTES修飾が十分ではなかったのではないかと推定される．今後カプセル内部へのAPTES導入特性を改善して，過冷却解消特性を検討する．
また無機塩溶液の分子シミュレーションのコードを開発したが，数値的な不安定があることがわかった．この点について改良が必要である．さらにNMR測定においては，温度制御装置の導入によってアンモニウムミョウバン溶液の測定が可能となった．今後測定を進める予定である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
APTES修飾によるシリカカプセルのゼータ電位の改変によって過冷却解消が可能となることは明らかとなったが，カプセル内部のゼータ電位の改変が現在の方法では十分ではないと考えられる．この点に改良を加える必要である．
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| Strategy for Future Research Activity |
APTES修飾の導入法の改善を検討し，過冷却特性のさらなる改善について検討する．また分子シミュレーションおよびNMR測定によって，過冷却解消メカニズムを明らかにする．分子シミュレーションに関しては，昨年度無機塩溶液のシミュレーションを行ったが，計算が不安定であり，十分な結果が得られなかった．本年度は数値計算の安定性に留意して，過冷却解消のメカニズムを明らかにする．またNMR測定においては，昨年度温度制御法の改善を行った．今年度さらに実験を行って過冷却解消メカニズムを明らかにする．
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Report
(2 results)
Research Products
(4 results)
