Effect of interlayer cations on montmorillonite swelling; Comparison between molecular dynamic simulations and experiments

四辻 健治*; 舘 幸男; 佐久間 博*; 河村 雄行*

Applied Clay Science, 204, p.106034_1 - 106034_13, 2021/04

https://doi.org/10.1016/j.clay.2021.106034

This study investigated swelling behaviors of montmorillonite with interlayer cations including monovalent Na, K and Cs, and divalent Ca and Sr by molecular dynamics simulations and experimental measurements coupling X-ray diffraction and water vapor adsorption. The comparative analysis provides a consistent picture of the swelling mechanisms of montmorillonite and their dependence on the interlayer cations. From comparative analysis of the effects of the interlayer cations, the main factor affecting the swelling behaviors of montmorillonite with monovalent and divalent interlayer cations seems to be the hydration free energy of the interlayer cations. The crystalline swelling ability and the saturated water contents in the interlayer of montmorillonite can be correlated to the hydration free energy of each interlayer cations. The additional key factor is the preference of outer- or inner-sphere complex of interlayer cations and resulting cations distributions in the interlayer space. This effect has a significant impact in the case of monovalent cations, resulting different swelling behaviors between outer-sphere Na and inner-sphere K and Cs.

First principles molecular dynamics study of interlayer water and cations in vermiculite

池田 隆司

Clay Science, 18(2), p.23 - 31, 2014/06

https://doi.org/10.11362/jcssjclayscience.18.2_23

粘土鉱物へのセシウムの非可逆的な吸脱着の起源を明らかにするために層間にMg, K, Csと共に水を含むバーミキュライトの第一原理分子動力学シミュレーションを行った。カチオンと一緒に含まれている層間水の構造と動的性質を詳しく検討したところ、MgとCsではそれぞれ外圏型と内圏型錯体が層間に形成されるがKではどちらの表面錯体も形成されることがわかった。層間に形成される電気2重層の構造は層間内カチオンの表面錯体のタイプに依存することが示された。水分子の再配向運動はCsによって促進されるが、これはMgとKではほとんど影響がないこととは対照的である。また水分子の拡散も促進されることが観測されたことからCsは2次元に制限された空間である層間においても構造破壊イオンとして働くことが示唆された。

超微粒子を接合介在層に用いた窒化珪素セラミックスの接合

阿部 哲也; 村上 義夫; 竹内 久雄*; 相原 智康*; 山川 晃*

JAERI-Research 94-023, 22 Pages, 1994/10

JAERI-Research-94-023.pdf:2.31MB

接合介在層にセラミックス超微粒子(UFP)を用いるセラミックス-セラミックス(C-C)接合法を開発することを目的に各種の試験を行った。対象にした接合母材はSiNセラミックスで、接合介在層にはSiN-UFPとAlO-UFPを使用した。1次接合後HIP処理を行う二段階接合法によりSiNセラミックス接合試験体を試作し、接合部の曲げ強度試験、接合面性状の観察等の評価試験を行なった。試験の結果、接合介在層の種類と接合面の平坦度が接合試験体の曲げ強度に大きな影響を及ぼすことが判明した。接合面の平坦度が0.3mのSiNセラミックス接合母材にAlO-UFP接合介在層を用いたC-C接合では、970MPaの曲げ強度が得られ、この値は800Cまで維持された。C-C接合の応用例として、AlO-UFPを接合介在層として、SiNセラミックス製パイプの接合を試みた。