液体のように振舞うナノ粒子:宇宙ダスト類似物の生成過程を観る“その場"観察実験

表现得像液体的纳米颗粒：“原位”观测实验观察太空尘埃类似物的形成过程

• 批准号: 22684024
• 负责人: 木村 勇気
• 金额: $ 11.48万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22684024/
• 关键词: 均質核生成; 宇宙ダスト; 結晶成長; 干渉法; その場観察; 均質核形成

惑星系の形成過程に伴う物質進化過程の解明という地球惑星科学の第一級の課題に対して、宇宙固体微粒子(宇宙ダスト)の形成や結晶化過程を実験的に解明する。宇宙ダストは容器の無い宇宙空間で生成する為に、大きな過冷却度がついた後に生成することが容易に想像できる。特に、気相からの凝縮実験(煙の実験)において非接触で生成するナノ粒子の成長過程を干渉計を用いてその場観察することで、気相中でのナノ粒子生成時の核形成温度(過冷却度)や成長速度などを定量化することが目的である。ここで、ナノ粒子の"液体のような"非常に早い拡散現象が鍵になると考えている。物質科学と地球惑星科学分野との境界領域に新たな研究分野を形成する研究課題になる。初年度に組んだ、2波長マッハツェンダー干渉計を用いて、核形成温度と濃度を同時に測定することに成功した。また、凝縮温度と生成粒子のサイズを同時に説明可能なナノ粒子の"実効的な"表面張力と吸着係数を、核生成理論を用いることで同時に決定できることが明らかになり、当初の想定以上の成果を挙げられた。例えば、マンガンに関しては、表面エネルギーはナノ粒子であっても、バルクと同程度の値で、吸着係数は約0.4であった。さらに、ナノ粒子の融点降下や拡散速度の特異現象により液滴状融合成長が頻繁に起こることで核の数を減らす現象を定量的に示した。これにより、実際に宇宙ダストが生成する温度、そのサイズ、数密度などを核生成理論から予測可能になると期待される。

实验阐明了在全球行星科学的第一个阶级问题中的空间固体颗粒（空间灰尘）和结晶的形成，这在行星系统的加工过程中得到了阐明。可以在没有容器的空间中生成空间灰尘，因此可以很容易地想象它是在大型过冷度后生成的。特别是，通过观察来自气相的凝结实验中在非接触中产生的纳米颗粒的生长过程（烟雾实验），当纳米颗粒在呕吐相中观察到纳米颗粒时，核温度形成目的是量化（超冷水平）和增长速度。在这里，我相信像纳米颗粒一样快速的扩散现象是关键。这是一个研究主题，在材料科学与全球行星科学之间的边界领域构成了一个新的研究领域。使用在第一年形成的两个波长MACHSENDER干涉仪，核形成温度和浓度可以同时测量。此外，很明显，纳米颗粒的“有效”表面张力和吸附系数可以通过使用核生产理论同时确定凝聚颗粒的大小和产生的颗粒的大小，并且比原始的更多。预期结果。例如，对于锰，即使对于纳米颗粒，表面能的值大约相同，并且吸附系数约为0.4。此外，定量地表明，纳米颗粒滴的现象和扩散速度的特定现象会导致液态融合的生长，以减少核武器的数量。结果，预计宇宙粉尘的温度，大小和密度实际上将可以从核出生理论中预测。

项目成果

THE FORMATION OF GRAPHITE WHISKERS IN THE PRIMITIVE SOLAR NEBULA

• DOI: 10.1088/2041-8205/710/1/l98
• 发表时间: 2010-02
• 期刊: The Astrophysical Journal Letters
• 作者: J. Nuth;Y. Kimura;C. Lucas;F. Ferguson;N. Johnson

Condensation Takes Place in Far from Equilibrium Condition

凝结发生在远离平衡的条件下

• 发表时间: 2010
• 作者: Y. Kimura;K. Tsukamoto;T. Maki
• 通讯作者: T. Maki

In-situ observation by interferometer during condensation of smoke particles

利用干涉仪对烟雾颗粒凝结过程进行原位观察

• 发表时间: 2010
• 作者: Yuki Kimura;Katsuo Tsukamoto;Takao Maki
• 通讯作者: Takao Maki

Double Wavelength Interferometry for Direct Observation of Homogeneous Nucleation in Vapor Phase

双波长干涉法直接观察气相均匀成核

• 发表时间: 2011
• 作者: Y.Kimura;Y.Inatomi;H.Miura;T.Maki;K.Tsukamoto
• 通讯作者: K.Tsukamoto

超高過飽和ガスから生成するダスト類似物の均質核形成と接合成長

超过饱和气体产生的尘埃类似物的均匀成核和连接生长

• 发表时间: 2011
• 作者: 木村勇気;田中今日子;三浦均;塚本勝男
• 通讯作者: 塚本勝男