微粒子を含む液の凝固における電気二重層力の作用とその効果を利用した透明な氷の作製

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平成16年度は,微粒子を含む液体の凝固における電場付与の効果を明らかにするとともに,表面電位の異なる粒子を混合させた微粒子群を含む液体の凝固における掃き出し・捕捉挙動を取り扱い,凝固に伴う微粒子の掃き出し・捕捉挙動に及ぼす表面電位の影響について検討した.さらに,微粒子の掃き出し現象の応用として,液体中に溶存している気泡も液体中の微小粒子と考えることが可能であり,凝固に伴う溶存気泡の掃き出し・捕捉挙動についても検討した.具体的な検討事項を以下に示す.1.凝固における微粒子の掃き出し・捕捉現象に及ぼす電場付与の効果を実験的に取り扱い,微粒子の掃き出し・捕捉挙動を電場方向,凝固速度および粒子径と関係づけて明らかにした.2.蒸留水中で負に帯電するシリカ粒子-水系および正に帯電するアルミナ粒子-水系の一方向凝固実験を行い,両者の比較により,粒子の表面電位が粒子の掃き出し・捕捉現象に大きく影響を与えることを実験的に明らかにした.3.蒸留水中で負に帯電するシリカ粒子と正に帯電するアルミナ粒子を混合させた粒子群-水系の沈降実験および一方向凝固実験を行い,粒子の混合による表面電位の変化が粒子の掃き出し・捕捉挙動に大きく影響を与えることを実験的に明らかにした.さらに,シリカ,アルミナ混合粒子の臨界凝固速度がアルミナ粒子の粒子径に大きく依存することを実験的に明らかにした.4.気泡を含む液体の一方向性凝固実験を行い,気泡の掃き出し・捕捉現象を,凝固方向,凝固速度および溶存気泡の溶解度と関係づけて実験的に明らかにするとともに,気泡と凝固表面の間に働く電気二重層力,分子間相互作用を表すHamaker定数にLifshitz理論を適用したvan der Waals力,粘性抵抗力,重力を加えたモデルにより粒子の掃き出し限界となる凝固速度を理論的に明らかにし,合わせて実験結果と比較検討した.