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本研究では、冷結晶化を示す蓄熱性低分子の表面熱分析を行った。通常、液体を冷却すると固体に転移するが、結晶化が遅延・阻害されると冷却時の凝固が起こらずに過冷却状態(過冷却液体・ガラス状態)が生じることがある。この過冷却状態の分子を加熱した際に、発熱を伴った結晶化が起こる現象を冷結晶化と呼ぶ。低分子の冷結晶化は室温付近の温度域で発現することが多く、低温排熱の蓄熱材への応用が期待されている。上記のような低分子の冷結晶化を、原子間力顕微鏡(AFM)によって微視的に解析した。
2019年度において、アルキル置換したDPP色素分子の熱分析を行った。既存のAFM装置に温度センサーカンチレバーを導入し、走査型サーマル顕微鏡(SThM)を構築した。試料温度を針先の抵抗値としてリアルタイムで計測する機器を作製し、形状測定と同時に試料表面の温度を計測して表示する装置系を構築した。その装置を用いて、アルキル置換DPP色素の発熱現象を微視的に解析した。冷結晶化で生じる黄色結晶と、二段階目の発熱で生じる赤色結晶の形状を計測し、結晶性の違いを明らかにした。黄色結晶から赤色結晶への転移において、形状変化と同時に表面温度の変化も計測した。その結果、大きな結晶が生じる領域において、より大きな発熱が起こっているような温度データの変化が観測された。
2020年度において、アルキル置換したアゾ色素分子の熱分析を行った。温度変化に伴う相転移によって針状結晶とブロック結晶が得られた。その2種類の結晶の形状を測定すると、ミクロンオーダーの表面形状にも差異があることが明らかになった。加えて、SThMによる熱分析も行い、結晶サイズと熱挙動の相関について調べた。表面形状と温度の計測の結果、冷結晶化において均一な結晶構造の形成が、高効率な蓄熱にとって重要であることが示唆された。
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