研究課題
本研究課題では、水溶液系の潜熱蓄熱材料において、実用化の主な障壁となっている過大な過冷却現象（結晶化する際に、融解する温度よりも低温が必要な現象）について、実用化に必要な「過冷却のコントロール」を最終的な目的としている。その目的を達するため、溶液中に存在する数十ナノメートルの分子集団からなる構造（以下、溶液構造という）に関する以下の測定と、溶液構造が関与する結晶生成ヒステリシス（履歴）現象、潜熱蓄熱材料として様々な温度帯で動作する材料の探索、結晶化を促す結晶化トリガーについて研究を行った。生きている溶液構造を高解像度で電子顕微鏡観察する手法として凍結割断レプリカ法を用い、調製したレプリカ膜を電子顕微鏡で観察した。また、微小熱示差走査熱量計を用いた熱容量や相変化エンタルピーの測定を行った。結晶を構成する基本構造が溶液構造に見られた分子集団と酷似していることを新たな系においても示し、溶液構造の存在が多くの水溶液系で見られる比較的一般的な現象であることを明らかにした。また、熱分析や光学観察により、溶液内の構造体の存在を示唆する熱容量や小角散乱スペクトルの変化など、結晶化の前段階と考えられる溶液構造形成に関する知見を得た。そして、この溶液構造の存在が結晶生成過程のヒステリシス現象を引き起こす１つの要因であることを示した。また、新たに潜熱蓄熱材の候補となり得る系を探索し、数種の物質の平衡温度-組成関係や分解エンタルピー、生成時の最大過冷却度と組成の関係を測定した。ゲスト分子を構成する物質の置換基やイオン対の組み合せなどが、潜熱蓄熱材の分解温度や分解エンタルピーにどのように影響するのかを明らかにした。
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Chemical Engineering Science
巻: 236 ページ: 116514～116514
10.1016/j.ces.2021.116514
