固液臨界現象の探索：物理的特徴および機構の調査

固液临界现象的探索：物理特性和机制的研究

• 批准号: 21K03490
• 负责人: 名越 篤史
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kokushikan University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03490/
• 关键词: １次相転移; 固液臨界点; 多孔性物質; 水; トリステアリン; 圧力印可; 氷; 超臨界状態; 1次相転移; 圧力印加

本研究の２年目に実施した内容について概要を報告する。まず、開発を行っていた高圧下温度変調示差走査型熱量計だが、測定感度が低く多孔性試料内のわずかな融解熱を観測できていない。圧媒体の存在下で散逸する熱量が大きいため、圧力以外の物理量を変えながら温度変調熱測定を実施することを検討している。次に、水以外で固液相転移類似の現象を示す物質として、棒状の分子形状をもつトリステアリンについてメソ細孔内での融解現象を調査した結果について報告する。メソ細孔内でトリステアリンは棒状の分子が単純かつ平行に配列したα相を形成することがわっている。今年度は、トリステアリンを水のような小分子でも結晶化しない1.1 nmの細孔径を持つシリカゲルや、細孔径2.1 nmのメソポーラスシリカ細孔に封じたところ、断熱型熱量計による精密熱容量測定によってどちらも結晶化し、昇温方向で明瞭な融解ピークを示すことがわかった。また、網目状で歪な細孔形状をもつシリカゲル細孔では、結晶化・融解のヒステリシスが観測されたが、１次元シリンダー状のメソポーラスシリカ内では過冷却せず２次転移のような結晶化・融解の相転移を示すこともわかった。これは、おそらく１次元シリンダー細孔内で融解したトリステアリンはα相と同じように細孔に平行に整列していて、結晶相と液体相が類似の構造を持っているからと予想される。このことは、水が低温で氷類似の水素結合ネットワークを形成していることと整合的である。一方で、このことを確認するために細孔内のトリステアリンの構造解析を、外部機関である電通大のDSC-XRD同時測定や物材研の温度可変型高輝度・高感度型粉末X線回折装置を用いて確認したが、有用なデータをとることができなかった。2.1 nm細孔内に2,3しか分子が整列していないため、周期構造を検出することが難しかったのだと理解される。

本报告概述了本研究第二年所开展的工作。首先，他们正在开发的高压调温差示扫描量热仪测量灵敏度较差，无法观察到多孔样品内的轻微熔化热。由于存在压力介质时散发的热量很大，因此我们正在考虑在改变压力以外的物理量的同时实施温度调制热测量。接下来，我们将报告三硬脂精介孔内熔化现象的研究结果。三硬脂精具有棒状分子形状，是一种除水之外表现出类似于固-液相变现象的物质。已知在中孔内，三硬脂酸形成α相，其中杆状分子以简单且平行的方式排列。今年，我们将三硬脂精密封在孔径为1.1 nm的硅胶中，即使使用水等小分子也不会结晶，而在孔径为2.1 nm的介孔二氧化硅孔中发现两者都结晶并表现出。温度升高方向有明显的熔化峰。此外，在具有网络状和扭曲孔形状的硅胶孔中观察到结晶和熔化的滞后现象，但在一维圆柱形的介孔二氧化硅中，没有过冷并且发生类似于二级转变的结晶・还发现其表现出熔融相变。这可能是因为在一维圆柱形孔内熔化的三硬脂酸以与α相相同的方式平行于孔排列，并且结晶相和液相具有相似的结构。这与水在低温下形成冰状氢键网络的事实是一致的。另一方面，为了证实这一点，利用电通大学的同步DSC-XRD测量和国立材料科学研究所的温度可变、高亮度、使用衍射装置证实了这一点，但未能获得有用的数据。据了解，由于2.1 nm孔内只有少数分子排列，因此很难检测到周期性结构。