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[研究を一言で]
水と氷の混合物であり、いわば「流動性を有した氷」といえる氷スラリーの特性を解明する研究。
[研究背景]
水と氷の固液二層混合物である氷スラリーは、水の利点と氷の利点を併せ持った物質であり、産業利用が期待されている。
具体的に氷スラリーの優位性としては、水の利点である「大きな流動性」と氷の利点である大きな融解潜熱による「優れた冷却効率と蓄熱密度」である。応用例に関しては、関東大震災以降に社会課題となっている電力平準化を実現する「氷蓄熱システム」への利用や、冷却対象物へのダメージフリーな接触を活かした生鮮食品の保冷剤など、多岐に渡る産業への応用が期待されている。
[氷スラリーの問題点]
多くの優位性を持つ氷スラリーだが、２つの経時変化によって氷スラリーの利点である流動性と冷却効率が低下するという問題点がある。
1つ目は「凝集現象」である。
これは、氷スラリーがファンデルワールス力などの影響を受けることで、氷粒子が密に集まってきてしまう現象である。これによって液相に満遍なく氷粒子が分散している場合と比べ、流動性が低下してしまう。
2つ目は「オストワルド熟成」である。
これは、氷粒子同士の表面エネルギーの差によって、径が大きい粒子が小さい粒子を取り込んでしまう現象である。これにより、氷粒子の直径は時間経過と共に単調増加してしまい、流動性と冷却効率の低下を引き起こす。
[研究目的]
スラリー生成条件の変更や生成時における界面活性剤の添加を行うことで、上記のような現象の抑制を目的として実験を行う。特に私が行う研究では、氷スラリー生成時の純水攪拌速度を変更することで氷スラリーの性質にどのような変化が生じるかを検討する。
[実験方法]
・生成 純水を-3℃まで冷却し、目標温度に達した瞬間に氷核（氷の粒）をビーカー内に投下することで過冷却状態を強制解除させ、水と氷の混合物である氷スラリーを生成する。
・貯氷 任意の時間、0℃に設定された貯氷箱にて貯氷を行う。
・測定 氷スラリーの性質を評価するために２つの値を測定する。まず1つ目が「凝集力」である。これは氷粒子同士がどれだけ強い力で結びついているかを評価する指標であり、氷スラリー塊を水平方向に棒を差し込むことで崩壊させ、その際の反力と定義する。2つ目が「粒子径」である。冷却効率と流動性を評価する指標であり、画像解析により測定する。
[実験結果]
実験により同貯氷時間において、攪拌速度を変化させると凝集力に関しては正の相関、粒子径に関しては負の相関が見られ、2つの指標はトレードオフの関係であることが判明した。
[今後の展望]
小さな粒子径と凝集力を示す理想的な氷スラリーの作成に向け、溶媒中における溶質分子の分散効果が期待される「ポリビニルアルコール」の添加を検討している。
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限られた環境を言い訳にしない姿勢が強みで高校の部活動で発揮した。私のハンドボール部は14名という少ない人数から練習相手が毎回同じになりプレーが画一的になっていた。そこで私は以下の2つの施策を行った。＊ローテーション式練習の提案: 選手のポジションを流動化させ様々な相手との接触機会を増やした。＊分析会議の導入: 試合前に対戦相手の動画を視聴し対策を立てた。結果的に3年ぶりの関東大会出場へ貢献した。
