ケムトレイルにおける酸化グラフェン • 上空からの大量虐殺 • 特許US 2022/0002159 A1 3D酸化グラフェンナノ粒子による人工降雨
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氷核形成用3D還元型酸化グラフェン/シリカ複合体
本発明は、-8℃の温度で氷核形成を開始できる、人工降雨やその他の用途のための氷核形成粒子を提供する。さらに、氷核形成粒子の数は、温度の低下とともに連続的かつ急速に増加する。本発明における氷核粒子は、3次元還元型酸化グラフェンと二酸化ケイ素ナノ粒子のナノ構造多孔性複合体（PrGO-SN）である。また、本発明はPrGO-SNを合成するプロセスも提供する。
発明者：リンダ・ザオ、ハオラン・リャン
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3D還元型酸化グラフェン/シリカ（SIO2）複合材料による氷核生成
発明の分野
[ 0001 ] 本発明は、人工降雨の分野に関する。より詳細には、本発明は、人工降雨、人工雪製造、および医療および食品業界における凍結乾燥技術における氷核形成のための3Dグラフェン/金属酸化物ナノ構造複合材料の合成に関する。
発明の背景
[0002] 液体の水が固体の氷に凍結することは、最も一般的な自然現象の1つであり、氷は純粋な水によって均一に形成されることもあれば、氷核生成粒子（INP）と呼ばれる異物の存在下で不均一に形成されることもある。このようなINPは、花粉や細菌、火山灰、大気中の塵など、生物学的、鉱物学的、人為的な源から生じる可能性がある。不均一な氷核生成は、大気物理学、低温保存技術、生医学研究や食品産業における凍結乾燥など、さまざまな分野で重要な役割を果たしている。数十年にわたり、INPの正確な特性が氷核生成の開始にどの程度影響を及ぼすのか、またその分子の同一性はまだ不明であるが、INPの表面特性は氷核生成活動を促進する主なパラメータであると考えられてきた。INPの氷核形成活性を説明しようとするさまざまなメカニズムが文献で仮説として提唱されているが、そのほとんどはINPSの表面特性の役割に関する議論に焦点を当てている。例えば、過去の研究や数値実験では、表面欠陥（カリ長石に見られるような亀裂や空洞）や表面官能基化（アルミノシリケート粘土鉱物のエッジサイトに見られるような水酸基）が 不均一な氷核生成を誘発する可能性がある。また、氷と表面の結晶構造の格子が一致することも、氷核生成活性に影響を与える可能性がある。これは、氷晶と類似した格子定数を持つことで知られる寒冷雲のシーディング剤であるヨウ化銀（AgI）の場合と同様である。
[ 0003 ] 雲の発生を促すために使用される既存の核生成粒子（INP）は主にヨウ化銀（AgI）であり、氷核生成は特定の場所、例えば欠陥部位や格子不整合で選択的に起こる。欠陥部位はAgI結晶の完全な面よりも氷核生成に適した場所であることが分かっている。さらに、最も効率的な氷核生成物質のいくつかの構造は、氷の六方格子とよく一致している。しかし、氷核生成能力は高いものの、Aglは氷核生成能力を発揮するにはより低い温度（-25℃）を必要とする。さらに、環境リスクについては議論の余地がある。氷と類似した格子構造で、好ましい欠陥部位を含む他の材料もあるが、それらのほとんどは低温でしか高い氷核形成能を示さない。
[0004] 近年報告された別の有効なINPは、いわゆる氷生成細菌であるPseudomonas syringaeで、世界中のウィンタースポーツエリアで人工雪の生産を促進するために頻繁に使用されている。Aglと同様、氷核形成能は氷核形成部位の氷の模倣に由来し、水の格子への配向のテンプレートとして機能する。しかし、初期の氷核形成数のみを示し、気温が下がっても数を増やすことはできない。さらに、このような細菌をベースとした材料は大量生産にコストがかかるため、現在、人工降雨用途にはあまり使用されていない。
[0005] さらに、表面電荷、表面形状、水素結合、その他の表面特性も、表面誘起氷核形成に寄与していると仮定されている。しかし、INPの氷核形成活性に関する研究は、主に理論的なモデリングやシミュレーションに限定されている。その主な理由は、氷点下の温度条件下で機能する観測や測定技術など、適切な実験設定を提供することが困難であることによる。その結果、水蒸気と氷核形成粒子の相互作用の観測が大幅に制限され、氷核形成の開始と氷結晶成長の進行に関する情報が不足することになった。
[0006] 文献で調査された上記のINPに加えて、氷核形成を促進する様々な材料も発見されており、その中には、本質的かつ機能化された表面特性により、グラフェンおよびその誘導体などの炭素ナノ材料が調査されている。具体的には、グラファイトの三角格子（2.46Å）は天然の氷の構造と一致しており、原子レベルで安定な六方晶氷Inのエピタキシャル成長を促進する可能性がある。
[0007] 酸化グラフェン（GO）などのグラフェン誘導体も氷核形成能を示す。なぜなら、GOに存在するさまざまな親水性の酸素含有官能基によって水分子を効率的に捕捉できるからである。液滴凍結実験は、文献では、微小な凍結液滴の数を数えることで材料の氷核形成能を間接的に測定するために用いられてきたが、 しかし、カーボンナノ材料の氷核形成能のほとんどは、比較的低温（通常は-20℃以下）でのみ観察されており、これは、より高い核形成温度を持つカリ長石やヨウ化銀（AgI）などの他の氷核形成材料よりも理想的ではなく、氷の成長のリアルタイムでの進行は捉えられていない。その結果、これらのカーボンナノ材料における氷核形成のその場観察はあまり知られていない。
[0008] 空気中の氷粒子は雲の形成と降水に重要な役割を果たしており、雲中の降水のほとんどは氷相を経由して始まることが報告されている。最近、雲のシーディングに関する研究が注目を集めている。これは、雲の中のそのような水資源を活用する効果的な方法であるためである。ほとんどの研究は、潜在的な雲のシーディング材料として、水蒸気吸着能力の高い吸湿性材料に焦点を当てている。しかし、氷点下での人工降雨（コールドクラウドシーディング）に関する研究はあまり進んでおらず、数十年にわたり最も一般的に使用されているコールドクラウドシーディング材料はAgIであるが、これは環境リスクに関する論争を招くことが多い。
[0009] ヨウ化銀などの化学物質の使用は、生態系への脅威となり、公衆衛生に害を及ぼす可能性がある。ヨウ化銀は、人間や哺乳類に強いまたは慢性的な曝露があった場合、一時的な機能障害や後遺症を引き起こす可能性があるからだ。現在、人工降雨に使用されているヨウ化銀の微粒子は、さまざまな環境、特に水環境における毒性について懸念されている。さらに、従来の人工降雨の手法では雲の形状や挙動を変えることはできるが、雨を降らせる能力については不確かである。さらに、氷の構造はナノスケールでは十分に理解されていない。最近の研究では、ナノスケールの氷は六角形ではなく五角形の結晶構造を持つことが証明されており、これは、人工降雨に新たな、そしてより効果的な可能性のある化学物質の扉を開くものである。
[0010] 近年、花火式フレアから放出するための新しい種子材料の配合が開発されている（米国学術会議、2003年）。これらの材料は、従来の配合よりもAgIの使用量が少なく、約-5℃より低い温度では氷核生成がますます活発になる。多くのグループが、複雑な化学組成、ナノテクノロジー、異なるタイプの雲室、人工降雨装置のフルサイズのテストスタンドを使用して、種々の材料の効率を向上させるための多大な作業を行っている。有望な水増強技術として、ナノテクノロジーに基づいて合成された新しいタイプの雲生成材料が注目されている。最近、粒子径を制御したコア/シェル型NaCl/TiO2（CSNT）粒子が設計・合成され、純粋なNaClよりも多くの水蒸気を吸着すること（低相対湿度、20%RHで～295倍）、NaClの吸湿点（hg.p.、75%RH）よりも低い環境湿度62～66%RHで潮解すること、 p.、75% RH）よりも低い環境湿度で潮解し、9つのより大きな水滴（元の測定面積の6～10倍）を形成した。一方、純粋なNaClは同じ条件下でも結晶のままであった。二酸化チタンコーティングにより、塩の水蒸気吸着・凝縮能力が純粋な塩結晶と比較して100倍以上も向上することが分かった。このような凝縮効率の向上は、雲の降水能力を改善し、雨の強化作業をより効率的かつ効果的にすることができる。この新しい素材は、温暖な雲の人工降雨活動に適用するのに適している。
[0011]クラウドシーディングへの関心の高まりと従来のクラウドシーディング材料の限界により、当技術分野では、寒冷雲における雨滴形成効率を高めることで降雨の可能性を高め、環境への悪影響を最小限に抑えることができる、新規の代替クラウドシーディング材料を合成する必要がある。さらに、より高い温度で氷核生成を開始できる氷核粒子の開発も必要である。
発明の概要
[0012] 本発明は、冷雲における氷核形成のためのナノ構造複合材料を導入する。この材料は、優れた面内および面外熱伝導率を有し、過冷却水の氷核形成に有利である。さらに、本発明は、寒冷な大気条件下でプレゼンテーションされた場合に混合相雲における氷結晶の形成と成長を促進し、強化する氷核生成粒子を提供する。さらに、本発明は、温度が一定に低下するにつれて急速に、かつ連続的に成長することができる氷核生成粒子も提供する。
[0013] 実施形態において、本発明は、-8℃以上の温度で氷核生成を開始することができる複数の氷結晶を生成するための氷核生成複合材料を提供する。ここで、前記氷結晶は、温度が-8℃以下で上昇すると、その数が増加する。
[0014] 望ましい実施形態では、氷核形成複合材料は、還元型酸化グラフェン（rGO）と二酸化ケイ素ナノ粒子の三次元（3D）多孔質複合材料であり、二酸化ケイ素ナノ粒子は六角形の還元型酸化グラフェン（rGO）格子構造全体に均一に分布している。本願発明の複合材料は、面内および面外方向の優れた熱伝導性を示し、それにより過冷却水の氷核生成を促進する。ここで、前記粒子は低湿度条件下で118.86cm/gの高い水吸着容量を示す。複合材料は、178.84m²/gの高いブルナウアー・エメット・テラー（BET）表面積を有する。複合材料のBET値が高いのは、自己組織化プロセスにおいて柔軟なrGOシートの重なりが少ないためである。SiO2ナノ粒子が層間ギャップを占めることでスペーサーとして機能し、rGOシートを分離することで凝集が少なくなり、その結果、表面積が増加した。さらに、この複合材料は水接触角が36.2度と低く、高い親水性を示した。さらに、この複合材料は10～100nm程度の複数の孔から構成されており、その結果、1.23cm3/gの細孔容積を有している。
※以下、 [0069]まであります.....
ヨウ化銀は、人間や哺乳類に強いまたは慢性的な曝露があった場合、一時的な機能障害や後遺症を引き起こす可能性
と、ありますが、じゃあ酸化グラフェンを吸い込み続けさせられる我々の健康の未来はどうなりますか？
