Study on the Elimination of Supercooling by Forming Structured Water

形成结构水消除过冷的研究

• 批准号: 22H01850
• 负责人: 鈴木 洋
• 金额: $ 11.4万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01850/
• 关键词: カプセル化蓄熱材; 過冷却現象; 構造水; ゼータ電位; 過冷却; マイクロカプセル; 蓄熱材

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．

已经证实，当一些无机水合物基蓄热材料被封装在具有二氧化硅壳的蓄热胶囊中时，过冷现象消失。其机理被认为是在二氧化硅壳的内表面形成结构水，内壁附近的无机水合物的水分子量降低，熔点局部升高。作为这一点的证据，在 pH 值较低的铵明矾 (pH=2) 中会发生高达 80K 的过冷。构成胶囊外壳的二氧化硅的等电点为 pH = 2，这被认为是因为在这种情况下没有形成结构水。今年，我们将二氧化硅外壳的 zeta 电位更改为我们考虑了抑制过冷的方法。具体来说，我们研究了一种通过将氧化铝或氧化锆引入二氧化硅壳来改变 zeta 电位的方法。至于氧化铝，发现它在高pH范围内溶解，因此我们决定引入氧化锆。关于氧化锆的引入，我们尝试了通过浸渍引入硝酸氧锆溶液的方法和引入氧化锆纳米颗粒（平均直径50 nm）的方法。其中，氧化锆纳米颗粒最多只能以约1%的质量比引入到外壳中。因此，我们主要研究硝酸氧锆溶液浸泡法。结果，我们成功地将高达 7% 的氧化锆引入到二氧化硅壳中。结果，我们成功地将zeta电位的等电点从pH2更改为pH3.5pH。结果，我们能够将 pH 值约为 2 的蓄热材料铵明矾的过冷性能从 80K 提高到 50K。因此，很明显，可以通过提高zeta电位来消除过冷。通过增加未来引入的氧化锆的量，我们可以预期通过显着改变zeta电位的等电点对消除过冷产生更大的效果。

项目成果

Hard-Shell Microcapsules Containing Phase Change Materials for Latent Heat Transportation

用于潜热传输的含有相变材料的硬壳微胶囊

• 发表时间: 2022
• 作者: Suzuki Hiroshi;Hidema Ruri;Usa Sohei;Horie Takafumi;Komoda Yoshiyuki;Ohmura Naoto;Taniya Keita;Ichihashi Yuichi;Nishiyama Satoru;Asano Hitoshi;Hiroshi Suzuki
• 通讯作者: Hiroshi Suzuki