| 研究課題/領域番号 |
19H02487
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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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| 審査区分 |
小区分26060:金属生産および資源生産関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
柴田 浩幸 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (50250824)
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| 研究分担者 |
助永 壮平 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (20432859)
川西 咲子 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (80726985)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2021年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2020年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2019年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円)
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| キーワード | シリケート構造 / 重合度 / 溶出 / ケイ酸塩物質 / 蛍光イメージング / ケイ酸塩 / 水和 / カルシウム / ハイドレーション / その場分光 / 核磁気共鳴 / その場分光解析 / 核磁気共鳴法 / ラマン分光法 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ケイ酸塩を骨格構造として持つ鉱物、ガラス、スラグは多方面で利用されるが、化学耐久性や反応性への多様化するニーズに応えるためには、水和および溶出挙動の理解が必要である。そこで本研究ではケイ酸塩物質の水和反応と、それに伴う構成元素の溶出メカニズムを解明する。核磁気共鳴法およびラマン分光法を、湿潤下でのその場分光手法として発展・融合させ、水和反応に伴う変質層の形成過程に迫り、ハイドレーション・ケミストリーを構築する。変質層の安定性の観点でケイ酸塩物質の化学耐久性を整理するとともに、材料設計指針を提言する。
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| 研究成果の概要 |
ケイ酸塩物質の構成元素の溶出メカニズムの解明を目的とし、研究を実施した。CaO-SiO2の二元系および、同二元系にMgO、FeO、CaF2もしくはAl2O3を添加した三元系の計15種の試料を対象とし、溶出試験を行うとともに、各種分光分析により試料を解析した。その結果、pHの上昇につながるCaの溶出を抑制するためには、シリケートの骨格構造やネットワーク構造の複雑化が有効であることが分かった。また、Ca溶出の律速段階は、表面近傍のCa欠乏層内でのCaイオンの拡散であることを明らかにした。以上、ケイ酸塩物質の水への溶出挙動を解明するとともに、溶出量の抑制に対する第三成分の添加の有効性を示した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
国内外の溶出挙動に関する研究の多くは、スラグを想定した複合相を用いた溶出挙動の評価であるのに対し、本研究では高温合成により得られた鉱物単相を試料とした。これにより、シリケートの骨格構造やネットワーク構造とCaおよびSi溶出量との関係の解明や、添加成分の溶出抑制への有効性の理解に至った。ケイ酸塩物質の有効活用を実現するためには、利用環境下での化学耐久性や反応性への多様化するニーズに応える必要があり、本研究を通じて得られた基礎知見は材料設計への指針のひとつになりうる。
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