| 研究課題/領域番号 |
21K18604
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分13:物性物理学およびその関連分野
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
寺嵜 亨 九州大学, 理学研究院, 教授 (60222147)
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| 研究分担者 |
秋山 良 九州大学, 理学研究院, 准教授 (60363347)
堀尾 琢哉 九州大学, 理学研究院, 准教授 (40443022)
荒川 雅 九州大学, 理学研究院, 助教 (10610264)
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| 研究期間 (年度) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2022年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2021年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
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| キーワード | 過冷却液体 / 液滴 / 真空 / 蒸発冷却 / 相転移 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は、真空中の液滴を扱う我々独自の実験手段で、従来困難だった過冷却深部の未踏領域の探索に挑戦する。例えば4℃での密度最大など、水の謎の解明は、物質科学から生命科学にまで波及する重要な課題である。この謎の主要因の一つが過冷却液体の科学の空白地帯にあることから、本手法で可能となる低温領域への新たなアプローチで、過冷却状態の高密度水－低密度水間の相転移など、水の相図問題に挑む。なお、この問題に取り組む戦略として、ポリオール混合溶液、塩添加溶液など水溶液系も対象とし、基本的な諸物性を明らかにする。これらの研究を通して、過冷却液体の科学の深化を図る。
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| 研究成果の概要 |
大気中では到達が困難な過冷却深部の探究を目的に、真空中の液滴を利用した実験と分子動力学法を軸とした理論を基盤として、純水およびポリオール水溶液を対象に研究を推進した。主要な成果として、過冷却深部の均質凍結核生成速度の実測と理論解析、液滴径の精密計測法に基づく蒸発速度の実測、超高速カメラによる液滴振動観察に基づく表面張力や粘度の評価など、種々の物性解明を進めた。さらに、ポリオール混合時の凍結遅延や水和状態の変化などの観察・解析にも取り組んだ。以上のように、真空中の液滴を扱う独自の方法論で、過冷却深部など極限環境の科学の開拓につながる成果を上げた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
過冷却液体の研究は、極限環境を扱う実験上の困難で停滞していたが、真空中の液滴を自在に発生・操作・制御する独自の実験技術を駆使し、純水および水溶液系の過冷却深部における物性解明を進めた点で、学術的意義が高い。研究協力者の学生が表彰されるなど、全国規模の学会で研究成果が高い評価を得たことも特筆に値する。さらに、成果の波及は物質科学に止まらず、特に水の謎の解明は生命科学にまで波及する点、また博士号取得者の輩出など若手研究者の育成の面でも成果を上げた点で、社会的意義も大きい。
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