応力により変形する柔軟性ナノ空間の創製と応用

应力变形柔性纳米空间的创建及应用

基本信息

批准号：
16J06543
负责人：
野村啓太
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Tohoku 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

本報告書においては、変形する柔軟性ナノ空間での吸脱着現象のヒートポンプへの応用について報告する。非常に均一なミクロ孔（~1.2 nm）を有し、１層のグラフェンが連続的につながった構造の多孔体であるゼオライト鋳型炭素（Zeolite templated-carbon、ZTC）は、ナノ多孔質でありながら機械的な柔軟性を有する。ZTCに80 MPaほどの機械的な応力を加えながらH2O蒸気の吸脱着等温線を測定すると吸着量が30 ％ほど減少すること、また、H2Oを吸着させたZTCに応力を印可すると、その変形によりH2Oが強制的に脱着する現象を見出し、これに着目して研究を行ってきた。これに加え、本年度ではZTCと同じく柔軟に変形し、かつ細孔サイズの大きな柔軟性多孔体、グラフェンメソスポンジ（GMS）に着目し研究を行った。GMSは約7 nmのメソ孔を有し、その骨格はほぼ一層のグラフェンシートにより構成されている。実験では、密閉したセルの中でGMSにエタノールを吸着させ、その状態でGMSに機械的応力を印加した時のセル内のエタノール蒸気圧の経時変化を測定した。その結果、細孔の変形によって内側に吸着していたエタノールが押し出され、脱着（気化）することが示しされた。しかもその脱着速度は、従来のZTCに水を吸着させた場合と比べ非常に早いことが分かった。加えて、機械的応力による脱着が起きる時に、多孔体表面の温度が下がることが確認されている。今後、この熱量を定量的に測定することが、本現象のヒートポンプへの応用する上での鍵となってくると考える。

在本报告中，我们报告了吸附和解吸现象在将柔性纳米空间变形为热泵中的应用。沸石模板 - 碳（ZTC），一种具有高度均匀的微孔（〜1.2 nm）的多孔体，并且连续连接单层石墨烯的结构是纳米方的，但具有机械的灵活性。在测量H2O蒸气的吸附和解吸等温线同时使用约80 MPa对ZTC的机械应力时，吸附量降低了约30％。此外，当将压力施加到吸附H2O的ZTC上时，发现H2O由于变形而被强行解脱，并考虑到这一点进行了研究。此外，今年，我们专注于石墨烯中，GMS（GMS），这是一种灵活的多孔身体，具有较大的孔径，就像ZTC一样。 GMS的中孔约为7 nm，其骨干由几乎单层的石墨烯片组成。在实验中，当将乙醇吸附到密封细胞中的GMS上时，测量了细胞中乙醇蒸气压的变化，并将机械应力应用于该状态的GMS。结果，结果表明，孔的变形挤出了内部吸附的乙醇，并被解吸（蒸发）。此外，发现解吸速度比常规ZTC吸附水的速度快得多。此外，已经证实，由于机械应力引起的解吸，多孔体表面的温度降低。将来，该热量的定量测量将成为将此现象应用于热泵的关键。