2020 Fiscal Year Annual Research Report
Study on Solid-Liquid Phase Change Mechanism in Fine Space
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19H02498
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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 神戸大学, 工学研究科, 准教授 (20598172)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 相変化 / 硬殻マイクロカプセル / マイクロ流路 / 蓄熱 / 過冷却 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
申請者らが独自に開発したシリカ硬殻マイクロカプセルにこれまで過冷却が大きいためほとんど実用化されていなかった無機水和物を内包したところ過冷却がほとんど生じないことが明らかとなった．この特異な現象のメカニズムに関して，本研究では逆Gibbs-Thomson効果仮説，水分子偏在仮説および気泡核生成仮説の３つの仮説をたて，いずれのメカニズムによって生ずるかを，実験および数値計算によって明らかにする．
令和２年度では，水分子を含まない溶融塩，多糖類を封入したカプセル化蓄熱材を用いて，様々な昇温・降温条件で示差熱量測定を行った結果，水分子を含まない蓄熱材を用いた場合には，非カプセル化素材と同様の過冷却が生ずることが明らかとなった．したがって，水分子偏在仮説が有力であると考えられる．関連してカプセル内の疎水化の手法を確立した．また蓄熱材融液の溶存空気量を調節するため，空気を吹き込みながらリン酸水素２ナトリウム水和物蓄熱材を内包させ，潜熱特性を測定した．その結果，空気の吹き込み量によらず，リン酸水素２ナトリウム水和物を内包した場合，過冷却が消失することがわかった．これにより気泡核生成仮説は否定されると考えられる．またマイクロ流路法によりカプセルの内部の凹凸構造を制御する方法を確立した．これにより逆Gibbs-Thomson効果仮説に関する詳細なデータ取得が可能となった．また電子顕微鏡にクールステージを設置して，冷却時の核生成を観察する準備を整えた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では硬殻マイクロカプセル内での相変化において過冷却が消失するメカニズムについて明らかにするが，逆Gibbs-Thomson効果仮説，水分子偏在仮説および気泡核生成仮説について検討する．そのために，相変化に対する圧力の影響，カプセル内構造の制御，および数値解析による検討を行う．以上のうち，水分子を含まない蓄熱材においては，過冷却が生ずることを明らかにした．これにより水分子のカプセル壁面近傍への偏在が過冷却消失に関連するものと考えられる．またカプセル内の凹凸構造の制御に成功し，凹凸構造の差異によって，過冷却特性が変化しないことを明らかとなりつつある．さらに水分子の挙動を調べる数値解析コードを開発し，その有用性について検証した．
以上のように概ね順調に進展していると考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
令和３年度にはさらに逆Gibbs-Thomson効果仮説に関連して，凹凸構造の差異による潜熱特性の相違をより詳細に測定して，その真偽を検証する．またカプセル内電子顕微鏡観察を行うとともに，疎水性カプセルを用いた実験および分子動力学法による数値解析を行って，水分子偏在仮説に関する真偽を明らかにする予定である．
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Research Products
(4 results)
