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Surface Tension Modelling of Molten Oxides based on Relaxation Mechanism of Surface Ionic Structure

基于表面离子结构弛豫机制的熔融氧化物表面张力建模

基本信息

批准号：
21H01683
负责人：
鈴木賢紀
金额：
$ 11.15万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

溶融酸化物の表面張力は、高温材料プロセスの操業安定性や品質精度を左右する物性であるが、制御が非常に難しい。表面張力の値を大幅に変化させる表面イオン構造緩和の実態が未解明であり、表面構造の緩和が表面張力に及ぼす影響の定量化が未踏の課題である。本研究の目的は、表面に特化した構造解析によって、溶融酸化物の表面構造緩和の実態を解明するとともに、表面構造緩和の各要素が表面張力に及ぼす影響度を定量的に評価し、溶融酸化物の表面張力の予測式を新たに構築することである。本年度は、昨年度導入したガスジェット浮遊レーザ加熱装置を用いたガラス試料作製ならびに軟X線分光分析と、イオン間の分極を考慮したPolarizable Ion Modelによる分子動力学（MD）計算を行い、溶融酸化物の表面イオン配位構造を実験と計算の両面から解析する研究を行った。具体的には、Al2O3-CaO融体の表面イオン構造についてAl2O3/CaO組成比による変化に注目して、融体を急冷し、表面緩和のための熱処理を施したガラス試料に対し軟X線分光分析を行った。表面では内部に比べ、共有結合性の強い酸素4配位のAlイオン（AlO4）の存在率が高く、AlO4同士が連結し合うことで架橋酸素イオンが形成され易い傾向を確認した。Al2O3濃度が高いほど上記の傾向は顕著であった。同様の傾向は融体を対象とした表面を含む系に対するMD計算からも確認できた。したがって、Al2O3-CaO融体ではAl2O3濃度が高いほど、AlO4同士による架橋酸素イオンの形成が支配的な表面緩和形態となることを明らかにした。また、表面活性成分であるSiO2の添加がAl2O3-CaO融体の表面イオン構造に与える影響についても研究を行った。表面では内部よりも架橋酸素イオンが形成され易いが、具体的なイオン配位形態は微量のSiO2添加でも顕著に異なることが明らかになった。

溶融酸化物の表面張力は、高温材料プロセスの操業安定性や品質精度を左右する物性であるが、制御が非常に難しい。表面張力の値を大幅に変化させる表面イオン構造緩和の実態が未解明であり、表面構造の緩和が表面張力に及ぼす影響の定量化が未踏の課題である。本研究の目的は、表面に特化した構造解析によって、溶融酸化物の表面構造緩和の実態を解明するとともに、表面構造緩和の各要素が表面張力に及ぼす影響度を定量的に評価し、溶融酸化物の表面張力の予測式を新たに構築することである。本年度报告、年度恐龙进入浮游生物群落中的浮游生物添加装置使用浮游生物的浮游生物材料作示踪剂的X射线分光分析报告、年度浮游生物群落中的浮游生物分光实验室极化离子模型极化离子分子力学（MD）计算行星际、溶解性浮游生物表面作用力分配位制造结点的浮游生物表面作用力解算分析研究行星际。具体的晶体、Al2O3-CaO熔融体表面护理剂制造晶体、Al2O3/CaO熔融比表面护理化晶体注记晶体、熔融体急冷晶体、表面护理剂和纳米晶复合材料制备晶体、X射线分光分析进行了表征。表面活性剂内部比表面积、共结合性螯合酸素4配位量Al络合剂（AlO4）的存在率较高，AlO4同士络合剂复合络合剂框架中的螯合酸素络合剂形成了易溶向难溶的络合剂。Al2O3浓度过高时，表面上的氧化物向氧化物方向扩散。同样，硅橡胶向聚合体表面含硅系硅橡胶MD计算出的硅橡胶硬度也很高。铝钙钛矿、Al2O3-CaO熔体铝钙钛矿、Al2O3浓度高钙钛矿、AlO4同士镁钙钛矿框架内的酸素钙钛矿形成的配位的表面活性剂和形状稳定剂等。对表面活性组分硅酸盐SiO2添加硅酸盐Al2O3-CaO熔融体表面硅酸盐制造硅酸盐与硅酸盐进行了研究。表面活性剂内表面活性剂的加入使骨架酸类物质形成易溶颗粒，具体的是将纳米颗粒配位形成微量SiO2添加到表面活性剂中，使表面活性剂的含量明显增加。