| 研究課題/領域番号 |
12440201
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
機能・物性・材料
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| 研究機関 | 岡山理科大学 |
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研究代表者 |
森重 國光 岡山理科大学, 理学部, 教授 (30113195)
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| 研究期間 (年度) |
2000 – 2002
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| 研究課題ステータス |
完了 (2002年度)
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| 配分額 *注記 |
9,800千円 (直接経費: 9,800千円)
2002年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
2001年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2000年度: 7,500千円 (直接経費: 7,500千円)
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| キーワード | 毛管凝縮 / 吸着ヒステリシス / 多孔体 / 毛管擬縮 / 高圧吸着 / 気液臨界温度 |
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| 研究概要 |
界面科学上の課題のひとつとなっている毛管凝縮および吸着ヒステリシスの全容の解明を目指して、細孔形状がよく規定された規則性メソ多孔体に対する窒素などの吸着・脱離等温泉を測定した。3重点から臨界点近くまでの広い温度領域における吸着等温線を測定するため、20〜300Kの温度範囲で最大30気圧までの測定が可能な低温高圧吸着装置を作製した。インクボトル型細孔をもつSBA-16規則性多孔体への窒素、酸素、アルゴン、二酸化炭素の吸着・脱離等温線は低温でIUPAC分類のH2型ヒステリシスを示した。温度の上昇とともにヒステリシスは縮小して、バルク臨界温度よりかなり低い温度で消失した。毛管凝縮および蒸発圧を相対圧で表して、換算温度T/Tcに対してプロットすると、4種類の気体のデータはほぼひとつの曲線に乗ることがわかった。球状細孔内での気体の吸着および脱離過程を球状細孔に束縛された液滴内での気泡の消滅および形成と捉えて、自由エネルギーの変化を計算した。その結果、細孔の内壁を濡らす吸着膜と毛管凝縮液体との間にエネルギー障壁が存在することがわかった。この現象論的理論から求めた相転移圧は測定データをよく再現した。したがって、インクボトル型細孔内での吸着ヒステリシスの原因は、気体と共存する吸着膜の状態(気体)と凝縮液体状態との間の自由エネルギー障壁が存在することにある。したがって、吸着ヒステリシスが消失するヒステリシス温度は細孔臨界性とは直接的な関係をもたないことが分かった。次に、シリンダー状細孔内における吸着ヒステリシスの原因を解明するために、独立したシリンダー状細孔をもつMCM-41やSBA-15に対する窒素および二酸化炭素の吸着等温線を測定した。インクボトル型細吼に対する結果と違って、吸着ヒステリシスの温度依存性は2つの気体の間で異なった。このことは、ヒステリシスの機構が細孔形状によって変化することを示している。シリンダー状細孔が3次元的に連結したネットワーク構造の細孔をもつMCM-48に対する窒素の吸着ヒステリシスの測定から、ほぼ同じ大きさおよび形状の細孔が連結しても吸着ヒステリシスにほとんど影響を与えないことがわかった。
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