NMRとX線回折による多孔質ガラス中の不凍水・疑似液体の研究

利用NMR和X射线衍射研究多孔玻璃中的防冻水和伪液体

• 批准号: 08640425
• 负责人: 丸山 稔
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: Osaka City University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08640425/
• 关键词: 界面融解; 不凍水; 多孔質ガラス; ギブス-トムソン効果

多孔質体や粉体中の空隙に存在する水は、十分に0℃以下の温度でも完全には凍結しないことが知られている。多孔性土粒子中の不凍水はこの典型である。我々は多孔質体中の不凍水の性質を精密に研究するために、単純でよく分かった物質として、均一な細孔径を持つ多孔質ガラスを選んだ。細孔直径は、40Å,100Å,300Å,500Åの4種類のサンプルを用い、これらの細孔中に閉じこめた円柱氷の融解量(不凍水量)を温度の関数として、パルスNMRで測定した。パルスNMRでは、水素プロトンの核磁気モーメントを外部磁場で励起させて、その減衰過程の違いから、液体と固体のH_2Oの量を区別して測定することができる。ここでは、液体からのNMRシグナル強度を測定して、液体量(液体の割合)を求めた。予め室温で細孔中に満たした水を、液体窒素温度で完全に凍結させてから昇温し、-30℃から0℃の温度範囲で測定した。得られた液体の割合は著しく細孔径(初期氷の直径)に依存した。-30℃で既に液体が存在すること、0℃以下の温度で完全に融解することが特徴である。後者のバルクの融点T_m以下での完全融解は、曲率に伴う融点降下(Gibbs-Thomson効果)で系統的に説明できた。完全融解温度以下での部分的融解は氷とガラス界面での界面融解によるものと仮定して、融解膜(不凍水膜)の厚さを求めると、細孔径によらず90×(T_m-T)^<-0.60>†にしたがって温度Tとともに増大することがわかった。現在X線回折でも同様のサンプルに対して測定を行っている。

に の gap exists in porous plastid や powder す る は water, very に の under 0 ℃ temperature で も completely に は freeze し な い こ と が know ら れ て い る. Typical <s:1> unfrozen water <s:1> <s:1> in porous soil particles is である. I 々 は porous plastid の non-freezing water properties を precision に の す る た め に, 単 pure で よ く points か っ た material と し て, fine uniform な aperture を つ porous ガ ラ ス を choose ん だ. Pore diameter は, 40 a, 100 a, 300 a, 500 a の 4 kinds の サ ン プ ル を い, こ れ ら の pores in に closed じ こ め た has drifted back towards &yen; column 氷 の melting amount (not frozen water) temperature の を masato number と し て, パ ル ス NMR で determination し た. パ ル ス NMR で は, water element プ ロ ト ン の nuclear magnetic 気 モ ー メ ン ト を external magnetic field で wound up さ せ て, そ の damping process の violations い か ら, liquid solid の と H_2O を の quantity difference し て determination す る こ と が で き る. The intensity of を is determined by the determination of ら て, and the volume of liquid (liquid <s:1> cut)を is calculated as めた. To め で at room temperature in the pores に against た し た を, liquid water smothering element temperature で に completely frozen さ せ て か ら warming し, - 30 ℃ か ら 0 ℃ temperature の van 囲 で determination し た. The られた liquid <s:1> cut and the <s:1> く pore size (initial 氷 <s:1> diameter)に depends on the <s:1> た. - 30 ℃ で に liquid が exist both す る こ と, の under 0 ℃ temperature で す fusion に completely る こ と が, 徴 で あ る. Under the latter の バ ル ク の melting point T_m で の completely melt は and curvature に う melting point lowered (Gibbs - Thomson unseen fruit) で system に illustrates で き た. Completely melt temperature under で の partial melting は 氷 と ガ ラ ス interface で の interface fusion に よ る も の と 仮 set し て, melt film (not frozen water film) の thick さ を o め る と, fine aperture に よ ら ず 90 x (T_m) ^ < - > 0.60 † に し た が っ て temperature T と と も に raised large す る こ と が わ か っ た. Now the X-ray fold is で で similar to サ プ プ に に に for <s:1> て to measure を rows って る る る.

项目成果

A.Mori: "Second-order expansion of Gibbs-Thomson equation and melting point depression of ice crystallite" J.Phys.Soc.Jpn.65・9. 2742-2744 (1996)

A.Mori：“Gibbs-Thomson 方程的二阶展开和冰晶熔点降低”J.Phys.Soc.Jpn.65・9（1996）。

T.Ishizaki: "Premelting of ice in porpus silica glass" J.Crystal Growth. 163・4. 455-460 (1996)

T.Ishizaki：“硅玻璃中冰的预熔化”J.Crystal Growth 163・460 (1996)。