電気物性を利用した氷点下における氷結晶形態の経時変化の非破壊計測

利用电特性在零下温度下无损测量冰晶形态随时间的变化

• 批准号: 12875039
• 负责人: 白樫 了
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12875039/
• 关键词: 電気物性; 氷晶; 誘電損失スペクトル

低温下での観察と電気物性が同時にできる装置を製作して,構造と電気物性(特に誘電損率)の測定・観察をおこなった.まず,凍結した超純水を試料として基礎的な傾向をつかみ,ついで,氷晶の形態を定量化する目的で果糖水溶液を凍結させた試料を用いた.実験は,ITO膜を二枚のガラス面に蒸着して作成した電極に試料をはさみ,氷晶の観察と電気物性が測定できる装置を製作して用いた.超純水をもちいて,可視光で粒界が確認出来ない状態の氷(単結晶氷)と,急冷してできた多結晶氷のそれぞれについて一定の氷点下温度で保持して,氷晶の様子と誘電損失スペクトルを測定した.その結果,単結晶氷の誘電損失スペクトルには経時変化が見られなかったが,多結晶氷の場合は氷晶が粗大化し,誘電損失スペクトルのピーク周波数が高周波側にシフトすると共に,誘電損率の値も大きくなることが分かった.ついで,純水を凍結させた多結晶氷からは氷晶の幾何的特徴が定量化できないことから,30wt%程度の果糖水溶液を試料として円柱状の氷晶を生成させ,純水の場合と同様に一定の氷点下温度に保持して,氷晶の固相率,平均粒径や粒界長さの密度と誘電損失スペクトルを測定した.その結果,固相率が一定に保たれたまま,平均粒径は大きく,粒界長さの密度は低くなり,それらの変化とほぼ1対1の関係で誘電損失スペクトルのピーク周波数が高周波側にシフトすると共に,誘電損率の値も大きくなることが分かった.氷晶の構造のうち,何が誘電損失スペクトルのピーク周波数の変化に反映しているか調べる為に,測定された電気物性をCole-Coleプロットで記述した.その結果,測定された誘電損失は緩和型の損失であり,損失のピーク周波数の変化は静電場における誘電率が時間と共に上昇していることが原因であることが分かった.

Low temperature で の 観 examine と electric が 気 physical properties at the same time に で き る device を making し て, tectonic と electric 気 property (に lure electrical loss rate), determination of の 観, examine を お こ な っ た. ま ず, frozen し た ultrapure water を sample と し て basic tendency of な を つ か み, つ い で, 氷 の crystal morphology を quantitative す る purpose で fructose solution を freeze さ せ た sample を with い た. Be 験 は, ITO film を two の ガ ラ ス surface に steamed し て made し た electrode に sample を は さ み, 氷 crystal の 観 examine と electric が 気 physical properties determination で き る device を making し て in い た. Ultrapure water を も ち い て, visible light で LiJie が identified な い state の 氷 単 crystallization 氷 と, quench し て で き た more crystalline 氷 の そ れ ぞ れ に つ い て certain の 氷 point temperature で keep し て, 氷 crystal の others child と induced electric loss ス ペ ク ト ル を determination し た. そ の as a result, the crystallization 単 氷 の induced electric loss ス ペ ク ト ル に は 経 variations change が see ら れ な か っ た が, crystallization 氷 の occasions は 氷 crystal が overgrowth of し, induced electric loss ス ペ ク ト ル の ピ ー ク cycle for が high frequency side に シ フ ト す る と に, induced electrical loss rate on の numerical も big き く な る こ と が points か っ た. つ い で, pure water freezing を さ せ た more crystalline 氷 か ら は 氷 の crystal geometry of 徴 が quantitative で き な い こ と か ら, 30 wt % の fruit Sugar water solution を sample と し て has drifted back towards ¥ columnar の 氷 crystal を generated さ せ, pure water と の occasions with others に certain の 氷 point temperature に keep し て, 氷 crystal の solid rate, average particle size of や LiJie long さ の density と induced electric loss ス ペ ク ト ル を determination し た. そ の results, solid が certain に protect た れ た ま ま, average particle size of は big き く, long LiJie さ の low density は く な り , そ れ ら の variations change と ほ ぼ polices 1 の masato is で induced electric loss ス ペ ク ト ル の ピ ー ク cycle for が high frequency side に シ フ ト す る と に, induced electrical loss rate on の numerical も big き く な る こ と が points か っ た. 氷 の crystal structure の う ち, what が induced electric loss ス ペ ク ト ル の ピ ー ク cycle for の variations change に reflect し て い る か adjustable べ る に, determination of さ れ た electric 気 property を Cole - Cole プ ロ ッ ト で account し た. そ の as a result, the determination of さ れ た induced electric loss is の form は loss で あ り, loss の ピ ー ク cycle for の variations change は electrostatic field に お け る induced electricity Rate が time と に total rise し て い る こ と が reason で あ る こ と が points か っ た.

项目成果

Ryo Shirakashi,Xianglang Bai and Shigefumi Nishio: "Measurement of dielectrioloss spectrum of ice for rapiduniform thawing"Proceedings of the 37st Annual Meeting of The Society fo Cryobiology. A60 (2000)

Ryo Shirakashi、Xianglang Bai 和 Shigefumi Nishio：“快速均匀解冻冰介电损失谱的测量”低温生物学学会第 37 届年会论文集。

白樫了,白香蘭,西尾茂文: "冷凍食品内の氷晶状態の計測制御をめざした氷晶の誘電物性"第18回熱物性シンポジウム講演論文集. 256-258 (2000)

Ryo Shirakashi、Koran Shirakashi、Shigefumi Nishio：“用于测量和控制冷冻食品中冰晶状态的冰晶介电特性”第 18 届热物理特性研讨会论文集 256-258 (2000)。

Xianglan Bai,Ryo Shirakashi and Shigefumi Nishio: "ON THE MECHANISM OF AGING EFFECTS ON THE DIELECTRIC PROPERTIES OF POLYCRYSTALLINEICE"Proceedings of the 4th JSMEKSME Thermal Engineering Conference. vol.3. 325-330 (2000)

Bai香兰、Ryo Shirakashi和Shigefumi Nishio：“ON THE MECHANISM OF Aging EFFECTS ON THE DIELECTRIC PROPERTIES OF POLYCRYSTALLINEICE”第四届JSMEKSME热工会议论文集。

白香蘭,白樫了,西尾茂文: "氷結晶構造の変化が誘電吸収スペクトルに及ぼす影響"第37日本伝熱シンポジウム講演論文集. Vol.3. 983-984 (2000)

Ran Shirakashi、Ryo Shirakashi、Shigefumi Nishio：“冰晶结构变化对介电吸收光谱的影响”第 37 届日本传热研讨会论文集 3. 983-984 (2000)。