| 研究課題/領域番号 |
19H02086
|
|---|
| 研究種目 |
基盤研究(B)
|
| 配分区分 | 補助金 |
|---|
| 応募区分 | 一般 |
|---|
| 審査区分 |
小区分19020:熱工学関連
|
|---|
| 研究機関 | 早稲田大学 |
|---|
研究代表者 |
松田 佑 早稲田大学, 理工学術院, 准教授 (20402513)
|
|---|
| 研究分担者 |
中垣 隆雄 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (30454127)
江上 泰広 愛知工業大学, 工学部, 教授 (80292283)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
|
| 配分額 *注記 |
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円)
2019年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
|
|---|
| キーワード | 単一分子計測 / 多孔質材料 / 物質輸送 |
|---|
| 研究開始時の研究の概要 |
マクロ・メソ・ミクロ孔といった空間階層性を有した多孔質物質は，触媒をはじめとして吸着材料，イオン交換，太陽光発電，ガス検知など非常に広範な機器において中心的な役割を果たしている．本研究では，単一分子計測法（SMT: Single Molecule Tracking）により，階層性を有した微細孔内での分子の吸着・拡散現象を直接計測・解析する．またマクロスケールでの計測結果と対比することで，吸着・拡散現象を詳細にモデル化する．これにより将来的に，微細孔径分布をコントロールすることで，所望する性能を有した材料をボトムアップにより設計開発するための方法論の基盤構築を行うことを目的とする．
|
| 研究成果の概要 |
多孔質物質は，触媒をはじめとして吸着材料，イオン交換膜など広範な機器において中心的な役割を果たしている．例えば触媒作用においては，触媒表面に目的分子が拡散し吸着することで反応が進むことから，固体触媒での目的分子の移動現象を正確にモデル化することが強く求められる．そこで本研究では，単一分子計測法（Single Molecule Tracking; SMT）により，階層性を有した微細孔内での分子の吸着・拡散現象を詳細に調査した．その結果，細孔内における分子の拘束運動や吸着現象の直接計測が実現できた．また，SMTデータ解析法についてもデータ同化を用いた手法の開発に取り組んだ．
|
| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
多くの産業機器において利用されている多孔質材料内での分子・粒子挙動について，個々の分子・粒子に着目した運動解析をSMT法により実施した．その結果，多孔質材料内の分子・粒子の拡散係数は液体バルク中を自由拡散している際の拡散係数よりも低下していることが分かった．また各粒子の軌跡データから，時間ステップと変位の間のモーメントに基づき運動モードの解析を行ったところ，ナノ粒子の運動は微細孔内での拘束や壁面吸着の影響を受けていることが明らかとなった．SMT法を用い，個々の分子・粒子運動を直接観測することで，個々の分子の運動モードやその比率を詳細に調査することができ，機器開発の基盤構築に有用な知見となる．
|
