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水の新規水素結合ネットワークの探索と物性：炭素ナノ構造を用いた研究

探索新的氢键网络和水的物理性质：使用碳纳米结构的研究

基本信息

批准号：
12J06991
负责人：
客野遥
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Tokyo Metropolitan University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012 至 2013
项目状态：
已结题

项目摘要

(1) ZTC内包水の物性ZTC内包水の構造、ダイナミクス、比熱などについて、前年度までに得られた結果をまとめて論文発表を行った。(2013年5月、Chem. Phys. Lett.誌に掲載)(2) SWCNT内包水の物性前年度に引き続き、比較的直径が太いSWCNT(直径Dが1.68nmから2.4nmまで)に内包された水について、その構造、ダイナミクス、相挙動を更に詳細に調べた。まず粉末X線回折実験において、内包水の構造は室温近傍では高密度な液体的であり、低温では低密度な液体(またはアモルファス)的であることが示唆された。これは、バルクの過冷却水において予測されている「液体-液体転移(LLT)」ではないかと考えられる。観測された内包水のLLT転移温度T_<LLT>は、SWCNT直径が太いほど高くなり、D=2.4nmの時に約220Kであった。またT_<LLT>は、先行研究(H. Kyakuno et al. JCP 2011)で提案されていた「wet-dry転移(WDT)」(D>1.68nmのSWCNTにおいて、低温下で一部の水分子がSWCNT内部から外部へと排出される現象)の転移温度T_<LLT>とほぼ一致した。これまでWDTの機構は未解明であったが、本研究によりLLTがWDTを引き起すdriving forceである可能性が示された。一方、NMR測定からは内包水分子の回転運動の相関時間の温度依存性を明らかにし、LLTが一次転移であることを示唆する結果を得た。また、冷却・加熱ステージ付の光学顕微鏡を用い、WDTの直接観察に成功した。これらの研究成果は、バルク水の未解明物性の解明に貢献すると期待される重要なものであり、現在、論文の投稿準備中である。さらに、共同研究者と協力してSWCNT内包水の比熱測定法を考案し、SWCNT内包水の液体-固体転移の比熱測定に成功した。

(1)The structure, properties, specific heat and results of ZTC inclusion water are presented in this paper. (2013 May, 2008, Chem. Phys. Lett.)(2) SWCNT inclusion water properties previous year, comparison of SWCNT diameter (diameter D = 1.68nm ~ 2.4nm) inclusion water, structure, phase motion, more detailed adjustment. The X-ray reflection of the powder shows that the structure of the inner water is not only high density liquid at room temperature, but also low density liquid at low temperature. This is the case with the Liquid-Liquid Transfer (LLT) test. The LLT shift temperature of the inner water is measured at T_<LLT>m and SWCNT diameter is about 220K when D= 2.4 nm. T_<LLT>o, H. Kyakuno et al. JCP 2011) proposed a "wet-dry shift (WDT)"(D>1.68nm SWCNT temperature transition, a part of the water molecules from SWCNT internal to external emission phenomenon at low temperature) and the shift temperature T_<LLT>T is consistent. This study shows the possibility of WDT driving force. The temperature dependence of the relative time of the cyclic motion of the inclusion water molecules measured by NMR was investigated. The use of optical micromirrors for cooling, heating and direct detection of WDT was successful. The research results are expected to contribute to the elucidation of unexplained properties of water, and are currently being prepared for submission. In addition, the co-investigators have successfully investigated the specific heat measurement of water in SWCNT and the liquid-solid transition of water in SWCNT.