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2015 Fiscal Year Research-status Report

小角散乱を用いた雪氷コア含有エアロゾルのマルチスケール定量解析技術の開発

Research Project

Project/Area Number 15K13567
Research InstitutionNagaoka University of Technology

Principal Investigator

東 信彦  長岡技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70182996)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 本間 智之  長岡技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50452082)
Project Period (FY) 2015-04-01 – 2018-03-31
Keywords雪氷 / 氷床 / クリープ / レオロジー / X線小角散乱 / TEM
Outline of Annual Research Achievements

気候に影響を及ぼすエアロゾル微粒子が積雪に取り込まれた後の挙動を知ることは氷床コア解析による古気候復元や氷床モデリングで極めて重要である。これまでの研究では、氷床コアから得られたエアロゾルの情報は、氷床コアを融解又は昇華した後の分析結果であり、in-situ 状態のものではない。本研究では氷床コア中のin-situ状態での、エアロゾル微粒子の大きさ、形状、表面フラクタル(表面構造)、数密度、組成、結晶構造などをX 線小角散乱(SAXS)および透過型電子顕微鏡(TEM)を用いてマルチスケール(nm~mm)で定量解析する先鋭的技術を開発する。
平成27年度は実験室レベルのSAXS 技術を確立するため、(1)シリカ(SiO2)単体、(2)氷単体および(3)氷床流動を模擬した変形前後の人工氷中のシリカの分散挙動の測定を可能とするため、SAXSの予備実験および冷却機能を有する試料ホルダーの開発を行った。試料ホルダーは低温室で試料の固定が可能で、持ち運びが可能なホルダーを開発した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

SAXSのデータ収集およびデータの解析に少々時間を要した。オーストラリアのANSTOの専門家との議論や、実験データの解析を通して10-20nmの球状シリカのサイズの定量解析を試み、実物の寸法をTEMを用いた解析により定量評価し、同じシリカをSAXSで評価することで、SAXSによる粒径測定の妥当性を検証した。一方、冷却ステージの開発は、液体窒素温度での使用を可能とし、空気散乱の影響を妨げるため、低温室で真空引きが可能なホルダーを設計するのに議論を行ない、予算獲得後約1年後にホルダーの設計をほぼ確立することができた。

Strategy for Future Research Activity

人工氷中に10-20nmの大きさのシリカ粒子を分散させ、その濃度を変更することで、SAXSで検出可能なシリカ濃度を定量的に評価する。また、既知のシリカ濃度の人工氷を、氷床流動を模擬したクリープ条件で圧縮変形させ、変形前後におけるSAXSのデータに変化が生じるか検討する。特に、ナノスケールのシリカ粒子が変形後に粒界に偏析するか否かを検証し、氷床中のエアロゾルや超微粒子が塑性流動に及ぼす影響を明らかにする。

Causes of Carryover

今年度は、TEMを用いて人工氷中に分散したシリカの直接観察を試みる。TEMの消耗品や維持費に使用する料金およびクリープ実験に使用する消耗品を新たに購入する必要が生じる。

Expenditure Plan for Carryover Budget

上記研究計画に基づき、氷試料を保持するための炭素支持膜付きメッシュやマイクロトーム用ダイヤモンドソーの購入、ロータリーポンプのオイル交換費用や窒素ボンベ取り付け工事および窒素ガス購入費、TEM試料の冷却および人工氷作成用の液体窒素の発注やシリカサンプルの購入などを計画している。

  • Research Products

    (5 results)

All 2016 2015

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Dispersion of nanoscale oxides in MnSi1.73 fabricated by solid state reaction and pulsed electric current sintering2016

    • Author(s)
      T. Homma, H. Mima, M. Nanko, M. Takeda
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 108 Pages: 103901 1-4

    • DOI

      10.1063/1.4943075

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Application of the Bons-Azuma method and determination of grain growth mechanism in rolled Ti-Zr alloys2015

    • Author(s)
      T. Homma, Y. Matayoshi, R. Voskoboinikov
    • Journal Title

      Philosophical Magazine Letters

      Volume: 95 Pages: 564-573

    • DOI

      10.1080/09500839.2015.1122243

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Measurement of misorientation in ice crystals by using electron backscatter diffraction (EBSD)2015

    • Author(s)
      W. Shigeyama, N. Nagatsuka, T. Homma, M. Takata, K. Goto-Azuma, I. Waikusat, M.R. Drury, E.J. Kuiper, G. Pennock, N. Azuma
    • Organizer
      The Sixth Synmposium on Polar Science
    • Place of Presentation
      日本, 東京都立川
    • Year and Date
      2015-11-16 – 2015-11-19
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Japanese participation in the new international deep ice core project in Greenland (EGRIP) under the ArCS project2015

    • Author(s)
      K. Goto-Azuma, K. Kwamura, S. Fujita, J. Okuno, A. Abe-Ouchi, R. Greve, F. Saito, T. Homma, N. Azuma, H. Motoyama, H. Enomoto, D. Dahl-Jensen
    • Organizer
      The Sixth Synmposium on Polar Science
    • Place of Presentation
      日本, 東京都立川
    • Year and Date
      2015-11-16 – 2015-11-19
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 電子線後方散乱回折法を用いた氷の結晶方位に向けた技術開発2015

    • Author(s)
      繁山航、永塚尚子、本間智之、高田守昌、東久美子、R.V. Mateiu、東信彦
    • Organizer
      日本雪氷学会 雪氷研究大会
    • Place of Presentation
      信州大学理学部
    • Year and Date
      2015-09-13 – 2015-09-16

URL: 

Published: 2017-01-06  

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