2019 Fiscal Year Research-status Report
Liquid dynamics in ionic liquid based nanofluids
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19K12632
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| Research Institution | Fukuoka University |
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Principal Investigator |
吉田 亨次 福岡大学, 理学部, 助教 (00309890)
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2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ナノ流体 / 中性子散乱 / ダイナミクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
イオン液体などの液体に数体積％のナノ粒子を分散させたものはナノ流体と呼ばれる。ナノ流体は純液体に比べて熱伝導率が高いことが報告されており、本研究では、時間と空間の両方の情報が得られる中性子非弾性・準弾性散乱およびX線非弾性散乱を手段として用い、液体のダイナミクスを観測し、ナノ流体のマクロな性質（熱伝導率や粘性率）との関連性を明らかにする。この目的のために本年度はJ-PARC/MLFにおいて酸化ジルコニウムナノ流体の中性子準弾性散乱測定を行った。中性子測定には一般にアルミ製の試料容器が使用されるが、酸化ジルコニウムナノ流体ではナノ粒子を安定に分散させるためにpHを低く調整している。試料と接触した部分のアルミが溶解しないように石英の二重円筒容器をアルミ容器の内側に設置した。測定温度は５から８０℃までである。エネルギー分解能の異なる二つの分光器（マイクロeV および ミリeVオーダー）を使用して、酸化ジルコニウムナノ流体中の水分子の並進運動ならびに回転運動を測定した。準弾性散乱のスペクトルの幅から、Jump-Duffusionモデルにより、並進拡散係数ならびに並進の活性化エネルギーをを求めた。酸化ジルコニウムナノ粒子の濃度が10 wt%の場合、5wt%に比べて、並進の活性化エネルギーが約5%増加した。一方、回転運動に関してはほとんど違いが見られなかった。今後、同一の系でＸ線非弾性散乱を測定し、両者の結果と合わせて考察する予定である。
また、イオン液体に種々のナノ粒子（アルミナ、カーボンブラック、貴金属）を超音波分散法により分散させ、ナノ流体の安定性を検証した。高濃度のナノ粒子を含み、安定性が良好なナノ流体を今後のＸ線散乱および中性子散乱の測定対象とする。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
ナノ流体のフォノンを観測するために、SPring-8における酸化ジルコニウムナノ流体のＸ線非弾性散乱測定の課題申請を行った。しかしながら、2019B期ではその課題は採択されなかった。2020A期では採択されており、次年度に測定を実施する予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
金属酸化物（酸化ジルコニウム、アルミナなど）、カーボンブラック、貴金属（パラジウム）などのナノ粒子を分散させた種々のナノ流体について、中性子・X線散乱により液体のダイナミクスを測定する。どのような相互作用（静電的相互作用、ファンデルワールス力、分散力など）により 、ナノ粒子近傍のイオン液体のミクロスコピックな物性（局所的な密度、粘性率など）が変化して、ナノ流体のマクロスコピックな物性である熱伝導率が向上するのかを明らかにする。
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| Causes of Carryover |
ナノ流体のフォノンを観測するために、SPring-8における酸化ジルコニウムナノ流体のＸ線非弾性散乱測定の課題申請を行った。しかしながら、2019B期ではその課題は採択されなかった。2020A期では採択されており、次年度に測定を実施する予定である。
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