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本研究では、氷の核生成を抑制する効果を持つ合成高分子を利用して、過冷却水滴からの氷の核生成抑制を可能とする疎氷性固体表面の創出を試みることを目的としている。
今年度は、まずは昨年度に引き続き、ヨウ化銀やアルミナの1ミクロン程度の微粒子に3種類の合成高分子を作用させた疎氷性微粒子を作成し、それらの微粒子を懸濁した水滴中で氷の核生成温度を測定することによって、微粒子の疎氷性の評価を行った。その結果、微粒子と高分子の組み合わせに応じて、まったく異なる疎氷性の効果が得られることがわかった。また、疎氷性のメカニズム考察を目的として、界面活性剤水溶液中で氷の核生成温度を測定し、界面活性剤の吸着特性と疎氷性との関係を実験的に明らかにした。さらには、氷結晶表面への不凍タンパク質の吸着特性と、不凍タンパク質による氷結晶の成長抑制効果との関係も実験的に考察した。
以上で得られた知見に基づいて、疎氷性固体表面の技術的な実用性を検証するために、ヒートポンプ用熱交換器を模擬した条件下で着霜実験を行った。空気の温湿度条件の制御を可能とした冷却セル内で、固体表面上での水滴の凝縮、水滴中の氷の核生成、水滴の凍結、霜の成長の一連の現象を観察できるような装置を製作し、水滴凝縮開始時間、凝縮水滴の空間分布、核生成開始時間、凍結の伝播速度、霜の成長速度などの評価手法を確立した。着霜実験においては合成高分子を作用させたステンレス製薄膜を用いて、特に氷の核生成開始時間、凝縮水滴の空間分布、凍結の伝播速度に着目して疎氷性を評価した。実用的な観点からは、氷の核生成を抑制するだけでなく、水滴間の凍結伝播も抑制できるような疎氷性固体表面が有効であることも考察した。
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