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固液界面近傍の水分子及びイオンの状態に基づく氷の不均質核生成の理解

基于固液界面附近水分子和离子的状态了解冰的异质成核

基本信息

批准号：
19K21938
负责人：
稲田孝明
金额：
$ 4.16万
依托单位：
Tokyo Denki University (2020-2021)National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (2019)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-06-28 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K21938/
关键词：
核生成過冷却氷界面イオン

项目摘要

氷点下で動作する熱機器において、固体表面上で氷が発生する現象（不均質核生成）を制御することは重要な課題である。本研究では、固体表面近傍の水分子の状態に基づいて、氷の不均質核生成の理解を深めることを目的とする。具体的には、氷の発生を促進する固体表面の結晶構造や電気的特性を明らかにし、その固体表面上での氷の不均質核生成現象を測定・解析し、固体表面の特性と氷発生の相関を調べることによって、氷の不均質核生成の新しいメカニズムを提唱する。今年度は、氷核活性の高いヨウ化銀（AgI）の単結晶基板の作成を試み、電子顕微鏡観察で評価した。また、AgI基板上での水滴の不均質核生成温度を測定し、単結晶基板の性状との相関を調べた。AgI粒子及び基板の作成手法としては、AgI飽和溶液中のIイオン濃度を調整しておき、これを徐々に水で希釈することによってAgIを過飽和状態として、AgI単結晶を作成する技術を最適化した。AgI結晶を数日間かけてゆっくり成長させると、明瞭なファセットを有する単結晶を作成でき、モルフォロジーの異なる結晶の回収も可能となった。この手法によって、ベーサル面からなるAgI単結晶基板の生成を実現した。基板表面の電子顕微鏡観察から、渦巻き成長を示す成長丘やステップが観察された。このAgI単結晶基板上に微小水滴（直径10～100μm）を配置し、氷の核生成温度を測定した結果、単結晶基板表面のサブミクロンオーダーの性状に依存せず、ほぼ一様な核生成温度が得られることがわかった。その一方で、基板ごとに核生成温度がばらつくことも確認できた。

The operation of thermal machines under freezing point is an important issue, and the phenomenon of ice generation on solid surfaces (heterogeneous nucleation) is an important issue. The purpose of this study is to understand the state of water molecules near the solid surface and to understand the heterogeneous nucleation of ice. Specific properties of ice and ice that promote the crystal structure of ice and electricity on the solid surface. The phenomenon of heterogeneous nucleation of ice on the surface of ice and ice.をMeasurement and analysis, the characteristics of solid surface and the correlation between ice and ice generation, and the new and new properties of heterogeneous nucleation of ice. This year, the production and testing of single crystalline substrates with high ice nucleation activity, silver chloride (AgI), and electron microscopy observations were conducted. Measurement of heterogeneous nucleation temperature of water droplets on AgI substrate and correlation of properties of single crystalline substrate with adjustment. Methods for producing AgI particles and substrates: Adjusting the concentration of AgI in a saturated solution of AgI; How to adjust the AgI particles and substrates 々に水で西釈することによってAgIをSupersaturated stateとして、AgI single crystallizationをDevelopmentするTechnologyをOptimizationした. AgI crystallization takes a few days to grow and become clear. It is possible to recover the る単crystal by making it, and the モルフォロジーのisoなるcrystal can be recycled.このtechniqueによって、ベーサル面からなるAgI single crystal substrate のgeneration を実成した. The surface of the substrate is inspected using an electron microscope and the growth of the vortex is shown in the growth hillock. Arrangement of tiny water droplets (diameter 10 to 100 μm) on AgI single crystal substrate, measurement results of ice nucleation temperature, single The properties of the surface of the crystallized substrate depend on the nucleation temperature and the temperature of the core. The nucleation temperature of the substrate and the nucleation temperature of the substrate are confirmed.