ソーレー効果を利用した光学的センシング手法による物質輸送現象の解明に関する研究

利用索雷效应的光学传感方法阐明质量传递现象的研究

基本信息

批准号：
16J02498
负责人：
松浦弘明
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

平成30年度は、前年度に引続きソーレー効果(温度勾配を駆動力とする物質輸送現象)を利用した光学的物質輸送センシング技術「ソーレー強制レイリー散乱法」の開発を進め、以下のような成果を得た。(1)構造が異なる電解質膜内のメタノール水溶液拡散係数センシング: 直接メタノール型燃料電池で重要と考えられる高分子電解質膜内メタノール水溶液の物質拡散係数の測定のため、物質輸送の励起に赤外光を用いる赤外ソーレー強制レイリー散乱法の開発を行ってきたが、これまで用いていた電解質膜であるNafionに加えて、構造が異なる電解質膜であるAquivionを用い、膜内物質輸送の違いが評価されるか検討を行った。2種類の電解質膜をメタノール水溶液に湿潤させ、膜内水溶液の拡散係数測定を行った結果、Aquivion膜内の拡散係数がより大きく物質拡散の自由度が高いことが明らかになった。(2)赤外ソーレー強制レイリー散乱法によるソーレー係数測定の妥当性評価: これまで赤外ソーレー強制レイリー散乱法を電解質膜内水溶液の物質拡散係数測定技術として開発してきたが、物質拡散係数に加えて水溶液系のソーレー係数が測定可能かどうか検討した。比較可能なソーレー係数の値が存在するエタノール水溶液について信号を取得し、解析を行ったところ、得られた物質拡散係数とソーレー係数は他グループによる測定値とよく一致し、その妥当性が確認できた。(3)多波長赤外ソーレー強制レイリー散乱法の提案: 赤外ソーレー強制レイリー散乱法に、屈折率の波長依存性を利用する複数波長検出技術を組み合わせることができれば、多成分水溶液系のソーレー係数の測定が可能になると考えられる。この実現に向けて、観察用レーザーのラマン-ナス回折を利用する赤外ソーレー強制レイリー散乱法の測定システムに、複数の観察用レーザーを組み込むための光学系デザインについて検討した。

2018年度，继上年的基础上，继续开发利用索雷效应（由温度梯度驱动的质量传输现象）的光学质量传输传感技术“索雷强制瑞利散射法”，取得了以下成果：结果。 (1) 传感甲醇水溶液在不同结构电解质膜中的扩散系数：为了测量聚合物电解质膜中甲醇水溶液的质量扩散系数（这在直接甲醇燃料电池中被认为很重要），我们一直在开发一种利用红外光激发质量传输的红外索雷强制瑞利散射方法。除了迄今为止使用的电解质膜Nafion之外，我们还使用了结构不同的电解质膜Aquivion，以研究是否可以评估膜内物质转运的差异。用甲醇水溶液润湿两种电解质膜，测定膜内的水溶液的扩散系数，结果可知，Aquivion膜内的扩散系数较大，物质扩散的自由度也较高。高的。 (2)使用红外索雷强制瑞利散射法测量索雷系数的有效性评价：迄今为止，红外索雷强制瑞利散射法已被开发为测量电解质膜中水溶液的材料扩散系数的技术，但除了我们研究了是否可以测量水溶液的索雷系数。当对存在可比 Soret 系数值的乙醇水溶液进行信号采集和分析时，获得的材料扩散系数和 Soret 系数与其他组测量的值非常吻合，证实了它们的有效性。 (3)多波长红外Soret强迫瑞利散射法的提议：如果能够将红外Soret强迫瑞利散射法与利用折射率的波长依赖性的多波长检测技术相结合，则a的Soret系数认为可以得到多成分的水溶液体系。为此，我们研究了将多个观测激光器合并到使用红外索雷强制瑞利散射的测量系统中的光学系统设计，该测量系统利用了观测激光器的拉曼纳斯衍射。