Study on the Elimination of Supercooling by Forming Structured Water

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シリカ外殻を有する蓄熱カプセルにおいて，いくつかの無機水和物系の蓄熱材を内包した場合，過冷却が消失する現象が確認されている．そのメカニズムとして，シリカ外殻の内表面において構造水が形成され，内壁近傍の無機水和物の水分子量が低下し，融点が局所的に上昇するためであると考えられる．その証左としてpHが小さいアンモニウムミョウバン(pH=2)においては80Kもの過冷却が生じる．カプセル外殻をなすシリカの等電点はpH=2であり，この場合には構造水が形成されないためであると考えられる，本年度はシリカ外殻のゼータ電位を変更し，過冷却抑制を行う方法を検討した．具体的にはアルミナ，ジルコニアをシリカ外殻に導入によってゼータ電位を改変する手法の検討を行った．なおアルミナについては，高pH領域において，溶解することが判明したので，ジルコニアの導入を行うこととした．ジルコニア導入に関しては，オキシ硝酸ジルコニウム溶液を浸漬させて導入する方法と，ジルコニアナノ粒子（平均径50nm）を導入する方法を試みた．これらのうち，ジルコニアナノ粒子は外殻に対する質量割合が最大で1%程度しか導入できなかった．したがってオキシ硝酸ジルコニウム溶液の浸漬法の検討を主体的におこなった．それにより最大7%のジルコニアをシリカ外殻に導入することに成功した．その結果としてゼータ電位の等電点を，pH2からpH3.5pHまで変更することに成功した．これによりpHが2程度の蓄熱材であるアンモニウムミョウバン水和物の過冷却特性を80Kから50Kに改善することができた．したがって，ゼータ電位改善を行うことで，過冷却解消がなされることが明らかとなった．今後ジルコニア導入量を増大させることで，ゼータ電位の等電点を大きく変更することによって，より過冷却解消効果が期待できる．