2020 年度実績報告書

音波と電磁波のマルチスペクトロスコピーによる有極性分子間ポテンシャルの解明

研究課題

研究課題/領域番号	17H04908
研究機関	国立研究開発法人産業技術総合研究所
研究代表者	狩野祐也国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (90510040)
研究期間 (年度)	2017-04-01 – 2021-03-31
キーワード	音速 / 誘電率 / 分子間ポテンシャル / 有極性分子 / 双極子モーメント / 分極率 / 音波 / 電磁波
研究実績の概要	有極性分子サンプルとしてオレフィン系およびエーテル系フッ素化合物を対象として、円筒型キャビティにおける音波・電磁波共振を利用したマルチスペクトロメータを用いて、気相域の音速および誘電率を幅広い温度・圧力域にわたり測定した。得られた測定データに基づき、音響ビリアル状態式ならびに誘電ビリアル状態式にフィッティングすることでビリアル係数を求め、圧力0に外挿することで理想気体状態の定圧比熱およびモル分極の値を求めた。さらに、理想気体状態のモル分極の温度依存性を調べることで、デバイの関係式に基づいて永久双極子モーメントならびに分子分極率の値を導出した。分子間ポテンシャルと密接に関係しているこれらの測定データと、原子団寄与法による推算値やGaussianによる量子化学計算に基づく計算値とを比較したところ、5%以上の相違があることが分かった。この問題を解決するために，分子間ポテンシャルと対応状態原理を組み合わせた新たなビリアル係数の決定方法を試みた．まず，極性の影響を含めた分子間ポテンシャルと対応状態原理に基づき，ビリアル係数を臨界定数，偏心因子，双極子モーメントをパラメータとした温度関数として表現する．次に，誘電率測定データから得られた双極子モーメント，ならびに音速測定データから得られた音響ビリアル係数に基づき，ビリアル係数のこれらのパラメータを最適化する．このような新たな手法を用いることで，ビリアル係数を実験データに基づいた形で厳密に求めることができた．さらに，得られたビリアル係数用いて誘電ビリアル係数を決定することで，測定が困難である気相域の密度値も求めることができる．上記のような研究成果について，３本の国際学術雑誌に論文が掲載され，うち１本は工学分野の特に優れた論文として，Advances in EngineeringからKey Scientific Articleに選出された．
現在までの達成度 (段落)	令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
今後の研究の推進方策	令和2年度が最終年度であるため、記入しない。