カーボンナノチューブに内蔵された水分子のダイナミクスの核磁気共鳴による研究
| Project/Area Number |
15740220
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Field |
Condensed matter physics II
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
松田 和之 首都大学東京, 都市教養学部理工学系, 助手 (60347268)
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| Project Period (FY) |
2003 – 2005
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2005)
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| Budget Amount *help |
¥3,800,000 (Direct Cost: ¥3,800,000)
Fiscal Year 2005: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2004: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
Fiscal Year 2003: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
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| Keywords | カーボンナノチューブ / 核磁気共鳴 / 水分子 / 吸着 / 液体固体相転移 / 液体固体転移 |
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| Research Abstract |
単層カーボンナノチューブ(SWNT)内部に吸着された水分子のダイナミクスを核磁気共鳴(NMR)およびX線回折により調べる研究を行った。実験はレーザ蒸発法により作製された平均直径14.5Åの高品質SWNT試料を用いて行い、X線回折実験により内部に吸蔵された水が7員環と8員環のアイスナノチューブ(Ice-NT)を形成することを確認した。NMRは、SWNTに重水(^2H_2O)または軽水(^1H_2O)を吸着させ、それぞれの場合について水分子の^1H核と^2H核のNMRスペクトルの測定を行った。さらに、Ice-NT内部空間へのメタンCH_4分子の吸蔵についてもH_2O, CH_4分子の^1H NMRにより調べた。
Ice-NTの形成温度以上では、水分子の運動により先鋭化された^1H,^2H NMR共鳴線を観測した。この結果は、水分子はNMRの時間スケール〜10μsecに比較し短い相関時間をもつ回転・併進運動を行っていて、Ice-NT転移より高温側では水は液体状態にあることを示している。一方、7員環Ice-NT転移以下の^1H核のNMR測定では、液体状態の水からの鋭い共鳴線(半値全幅〜10kHz)と、ブロードな共鳴線(半値全幅〜56kHz)の2成分の共鳴線の重ね合わせのスペクトルが観測され、降温とともにブロードな共鳴線の強度が増大することが明らかになった。このブロードな共鳴線の線幅はIce-NT構造から計算される^1H NMR共鳴線幅51kHzに近い。この結果から、Ice-NT形成に伴い水分子の運動が凍結したことを示しており、Ice-NT相転移が液体-固体相転移であることを示している。
また、メタンガス雰囲気で水を吸蔵したSWNTのメタン、水分子の^1H NMR測定により、メタン分子が低温で水を吸蔵したSWNT内部に侵入し、同時に水分子の運動が急激に凍結することを明らかにした。この結果はSWNT内部でのメタンガスハイドレート形成を示唆している。
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Report
(3 results)
Research Products
(5 results)
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[Publications] M.Abe, H.Kataura, H.Kira, T.Kodama, S.Suzuki, Y.Achiba, K.Kato, M.Takata, A.Fujiwara, K.Matsuda, Y.Maniwa: "Structural transformation from single-wall to double-wall carbon nanotube bundles"Physical Review. B68. 041405(R)-1-041405(R)-4 (2003)
