細孔空間中での量子ヘリウム挙動

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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。