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2014 年度 実績報告書

分子動力学シミュレーションを用いた冷房空調用の蓄熱媒体の探索

研究課題

研究課題/領域番号 25889054
研究機関東京理科大学

研究代表者

金子 敏宏  東京理科大学, 理工学部, 助教 (00711540)

研究期間 (年度) 2013-08-30 – 2015-03-31
キーワード化学物理 / 計算物理 / 熱工学 / 氷 / 分子動力学 / 相転移 / ナノ細孔 / 蓄熱材料
研究実績の概要

氷に代替する蓄熱媒体として,大きい潜熱を維持したまま作動温度に合わせて融点を制御できる物質が求められている.そこで,数10K程度のオーダーで融点を調整できる物質として期待されているナノメートルサイズの細孔を持つ多孔質体(ナノ多孔質体)に分子を閉じ込めた系に注目した.本研究では,ナノ多孔質体の細孔サイズが融点や結晶化に必要な過冷却度に与える影響を理論および数値実験から研究し,ナノ多孔質体内で融点が変化するメカニズム解明に向けて研究に取り組んだ.
まず,結晶化に必要な自由エネルギー障壁を数値実験により定量的に測定し,細孔サイズが結晶化に必要な過冷却度に与える影響を研究した.その結果,特定の細孔サイズでは融点が高いだけでなく,自由エネルギー障壁も低く,小さな過冷却度での結晶化が予想されることを明らかにした.本研究成果を学術雑誌 The Journal of Chemical Physics および国際会議 9th Liquid Matter Conference にて発表した.
つぎに,細孔サイズが融点に与える影響を理論的に研究した.過去の数値計算の結果として得られた融点と Gibbs-Thomson の式から予測される融点を比較した.その結果,数値計算で得られたナノ多孔質体に閉じ込められた分子の複雑な融点変化を部分的には熱力学的に説明することができた.本研究成果を国内学会熱工学カンファレンス2014にて発表し,投稿論文として成果をまとめている最中である.

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (5件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Liquid-solid and solid-solid phase transition of monolayer water: High-density rhombic monolayer ice2014

    • 著者名/発表者名
      T. Kaneko , J. Bai, K. Yasuoka, A. Mitsutake and X. C. Zeng
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 140 ページ: 184507

    • DOI

      10.1063/1.4874696

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 平行平板型ナノ細孔に閉じ込められた分子の融点変化メカニズムの研究2015

    • 著者名/発表者名
      金子敏宏
    • 学会等名
      第52回日本伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      福岡国際会議場(福岡)
    • 年月日
      2015-06-03 – 2015-06-05
  • [学会発表] ナノ多孔質体に閉じ込められた分子の融点変化メカニズムの研究2014

    • 著者名/発表者名
      金子敏宏
    • 学会等名
      第28回分子シミュレーション討論会
    • 発表場所
      仙台市民会館(仙台)
    • 年月日
      2014-11-12 – 2014-11-14
  • [学会発表] Free energy surface of Water Confined in Slit Pores2014

    • 著者名/発表者名
      T. Kaneko, J. Bai, K. Yasuoka, A. Mitsutake and X. C. Zeng
    • 学会等名
      International Symposium on Extended Molecular Dynamics and Enhanced Sampling
    • 発表場所
      Keio University, Mita Campus (Tokyo, Japan)
    • 年月日
      2014-11-10 – 2014-11-11
  • [学会発表] 多孔質体内部に閉じ込められた物質の融点変化メカニズムの研究2014

    • 著者名/発表者名
      金子敏宏
    • 学会等名
      熱工学コンファレンス2014
    • 発表場所
      芝浦工業大学豊洲キャンパス(東京都江東区)
    • 年月日
      2014-11-08 – 2014-11-09
  • [学会発表] Phase Transitions of Water Confined between Two Parallel Hydrophobic Surfaces2014

    • 著者名/発表者名
      T. Kaneko, J. Bai, K. Yasuoka, A. Mitsutake and X. C. Zeng
    • 学会等名
      9th Liquid Matter Conference
    • 発表場所
      Lisbon University (Lisbon, Portugal)
    • 年月日
      2014-07-21 – 2014-07-25
  • [備考] 金子敏宏個人ページ

    • URL

      http://toshihiro-kaneko.tonkotsu.jp/

  • [備考] 東京理科大学教員プロフィール

    • URL

      http://www.tus.ac.jp/fac_grad/p/index.php?683d

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公開日: 2016-06-01  

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