研究課題/領域番号 |
20K20564
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研究機関 | 名古屋大学 |
研究代表者 |
松田 亮太郎 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (00402959)
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研究分担者 |
日下 心平 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (80749995)
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研究期間 (年度) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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キーワード | MOF / 吸着熱 / ガス吸着 |
研究実績の概要 |
熱を特定の方向に流すことが可能な「熱スイッチ材料」は、熱制御において中核的な役割を果たすものである。しかし、熱伝導を能動的かつ任意に制御可能な材料はほとんど研究がない。本研究では、ナノ空間物質へのガス吸脱着現象を利用した全く新しい熱制御材料の開発に挑戦する。本研究では多孔性物質の一種である多孔性金属錯体(MOF)を熱制御材料として用いる。これまでのMOF研究のほとんどは、ガス吸着やガス分離に主眼がおかれている。その一方で、細孔への分子吸脱着によりMOF細孔内の密度が大きく変化するので、「吸着状態のMOF結晶」と、「脱着状態のMOF結晶」の熱物性は大きく異なっていると予想されるが、そのことに着目した研究はほとんど見当たらない。本研究課題ではMOFの「吸着・脱着機能」と「熱スイッチ機能」を統合することで、まったく新しい「ダイナミック熱スイッチ機能」を有する物質を創製し、外の環境温度や圧力の操作で、物質を変えることなく、熱良導体から熱不良導体へとスイッチ可能な全く新しい熱制御システムの開拓を行うことを目的としている。これをふまえ、当該年度は下記の実験を実施した。 (1).同一組成でフレキシビリティーの異なるMOF結晶の合成。 (2).同一組成でフレキシビリティーの異なるMOF結晶の吸着熱の直接観測。 (3).MOF結晶の熱伝導度測定の実施 昨年度までに合成したMOF結晶の熱伝導度測定の実施した。その結果、(1), (2)に関しては同一組成を有しながら、構造柔軟性の異なる2種類のMOF結晶を合成し、水およびCO2の吸着熱に伴う吸着熱の直接観測を行い、フレキシビリティーが向上するとゲート吸着を示すとともに、大きな吸着熱の相殺を観測することができた。また(3)に関して昨年度までに構築した熱伝導度測定システムによって、異なる構造のMOF結晶の熱伝導度測定データを得る事が出来た。
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現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本研究課題を実現するために必須の下記A、B、Cの課題を設定し、計画的に取り組んでいる。 課題A:MOFへの気体分子の吸脱着を基盤とした熱スイッチ材料の開発 課題B:高速熱伝導材料を志向した高速分子拡散が可能なMOFの開発 課題C:超高速熱拡散率を有するMOFの構築 当該年度は課題Bを中心に研究を実施した。その結果、予定より多くのMOF結晶の吸着熱測定に成功し、また熱伝導度の測定にも成功した。本成果は現在論文としてまとめており、本年度中に投稿できる段階にある。また、当初課題Bはついては、当初予定になかった分子シミュレーションに関する共同研究も推進し、そのメカニズムについての知見を得ることができた。
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今後の研究の推進方策 |
仮入力上述したように、本研究課題を実現するために必須の下記A、B、Cの課題を設定し、計画的に取り組んでいる。 課題A:MOFへの気体分子の吸脱着を基盤とした熱スイッチ材料の開発 課題B:高速熱伝導材料を志向した高速分子拡散が可能なMOFの開発 課題C:超高速熱拡散率を有するMOFの構築
今年度は課題Cを中心に推進し、昨年度までに合成したMOFの吸着熱および熱伝導度のデータの解析を進めるとともに、より高速な熱拡散と吸着が可能なMOFの合成設計指針を得るための研究を実施する。
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