細孔空間中での量子ヘリウム挙動

孔隙空间中的量子氦行为

• 批准号: 03J06670
• 负责人: 大場 友則
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Chiba University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03J06670/
• 关键词: ヘリウム; 量子性; クラスター; ナノ空間; 吸着; Single Wall Carbon Nanohorn; Nanowindow; 構造; 超流動; 活性炭素繊維; 細孔; 極低温

2年間の研究課題"細孔空間中での量子ヘリウム挙動"のもと、ナノ空間中での吸着密度から考えられる量子ヘリウムの挙動について検討した。ナノ空間中での量子挙動は、超流動のメカニズムなど量子挙動を明らかにすることが可能になると期待される。3種のスリット型細孔(細孔径w=0.7,0.9,1.1nm)を有する活性炭素繊維を用いて、ヘリウムの吸着密度を測定したところ、w=0.7nmのときにのみヘリウム密度が異常に高くなった。このとき10MPa以上の圧力下にあるときの密度に相当する。また、経路積分Monte Carloシミュレーションから吸着構造、密度について調べた結果、w=0.7nmのときには均一に充填していることが示唆され、w=0.9,1.1nmのときはクラスター構造をとっていると推測される。すなわち、バルクと同じ密度であるw=0.9,1.1nmにおいてはクラスターを形成していることが示唆され、w=0.7nmの系においてはクラスターを形成した状態では細孔径が小さすぎるために吸着されることができず、個々に吸着しても細孔壁からの強い安定化が得られるために、密に吸着すると考えられる。Single Wall Carbon Nanohornはチューブ状の炭素材料であり、酸化によってナノサイズの穴(Nanowindow)をチューブ壁面にあけることができる。Nanowindowサイズは適切な処理条件(O_2雰囲気中673K,0.5-9.0時間)でコントロールすることができる。このサイズはN_2(0.4nm)、SF_6(0.6nm)を用いた分子プローブ法によって決定した。Nanowindowサイズが0.4-0.6nmのとき、ヘリウム密度は非常に低い値となる。よって、ヘリウムはバルク中で0.6nm以上のクラスターを形成していることを示唆している。

2 years の research topic "in the pore space で の quantum ヘ リ ウ ム 挙" の も と, ナ ノ space で の sorption density か ら exam え ら れ る quantum ヘ リ ウ ム の 挙 dynamic に つ い て beg し 検 た. ナ ノ space で の quantum 挙 は, super flow の メ カ ニ ズ ム な ど quantum 挙 dynamic を Ming ら か に す る こ と が may に な る と expect さ れ る. Type three の ス リ ッ ト pores (fine aperture w = 0.7, 0.9, 1.1 nm) を have す る activated carbon 繊 d を with い て, ヘ リ ウ ム の sorption density measurement し を た と こ ろ, w = 0.7 nm の と き に の み ヘ リ ウ ム high density が abnormal に く な っ た. The density of にあると <s:1> at a pressure above 10MPa is に equivalent to する. ま た, 経 path integral Monte Carlo シ ミ ュ レ ー シ ョ ン か ら sorption structure, density に つ い て adjustable べ た results, w = 0.7 nm の と き に は uniform に filling し て い る こ と が in stopping さ れ, w = 0.9, 1.1 nm の と き は ク ラ ス タ ー tectonic を と っ て い る と speculation さ れ る. す な わ ち, バ ル ク と with じ density で あ る w = 0.9, 1.1 nm に お い て は ク ラ ス タ ー を form し て い る こ と が in stopping さ れ, w = 0.7 nm の is に お い て は ク ラ ス タ ー を form し た state で は fine aperture が small さ す ぎ る た め に sorption さ れ る こ と が で き ず, a 々 に sorption し て も pore wall か ら い の Stabilization が to られるために, dense に to すると to えられる. Single Wall Carbon Nanohorn は チ ュ ー ブ shape の Carbon material で あ り, acidification に よ っ て ナ ノ サ イ ズ の hole (Nanowindow) を チ ュ ー ブ Wall に あ け る こ と が で き る. Nanowindow サ イ ズ は appropriate な 処 bedding conditions (O_2 雰 囲 気 in 673 k, 0.5-9.0) で コ ン ト ロ ー ル す る こ と が で き る. <s:1> サ ズ ズ ズ N_2(0.4nm), SF_6(0.6nm)を are determined by the によって た molecular プロ ブ ブ ブ ブ method によって. Nanowindowサ サ ズが0.4-0.6nm <s:1> と と サ ヘリウム, ヘリウム density ズが is very に low となる value となる. よ っ て, ヘ リ ウ ム は バ ル ク で in more than 0.6 nm の ク ラ ス タ ー を form し て い る こ と を in stopping し て い る.

项目成果

Cluster-Growth-Induced Water Adsorption in Hydrophobic Carbon Nanopores

• DOI: 10.1021/jp048323v
• 发表时间: 2004-08
• 期刊: Journal of Physical Chemistry B
• 影响因子: 3.3
• 作者: T. Ohba;A. Kanoh;K. Kaneko

T.Ohba, D.Nicholson, K.Kaneko: "Temperature Dependence of Micropore Filling of N_2 in Slit-Shaped Carbon Micropores : Experiment and Grand Canonical Monte Carlo Simulation"Langmuir. 19. 5700 (2003)

T.Ohba、D.Nicholson、K.Kaneko：“狭缝状碳微孔中 N_2 微孔填充的温度依赖性：实验和大正则蒙特卡罗模拟”Langmuir。

Affinity transformation from hydrophilicity to hydrophobicity of water molecules on the basis of adsorption of water in graphitic nanopores.

• DOI: 10.1021/ja038842w
• 发表时间: 2004-01
• 期刊: Journal of the American Chemical Society
• 影响因子: 15
• 作者: T. Ohba;H. Kanoh;K. Kaneko

D.Nemirovsky, R.Moreh, K.Kaneko, T.Ohba, J.Mayers: "Kinetic energy of neon atoms adsorbed on activated carbon"Surface Science. 526. 282 (2003)

D.Nemirovsky、R.Moreh、K.Kaneko、T.Ohba、J.Mayers：“活性炭上吸附的氖原子的动能”表面科学。

ナノマテリアル・ハンドブック

纳米材料手册

• 发表时间: 2005
• 作者: 英謙二;白井汪芳
• 通讯作者: 白井汪芳