2003 Fiscal Year Annual Research Report
構造II型クラスレート・ハイドレート化合物の弾性的性質とそのゲスト分子依存性
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14540298
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| Research Institution | Gifu University |
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Principal Investigator |
佐々木 重雄 岐阜大学, 工学部, 助教授 (30196159)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
久米 徹二 岐阜大学, 工学部, 助手 (30293541)
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| Keywords | クラスレートハイドレート / 弾性定数 / 高圧力 / DAC / 光散乱 / 窒素ハイドレート / アルゴンハイドレート / クリプトンハイドレート |
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| Research Abstract |
本研究課題は,構造II(sII)型包接水和化合物(クラスレート・ハイドレート:CH)単結晶の弾性的性質の圧力依存性を決定し,機械的構造安定性,ホストケージ-ゲスト分子間相互作用(ゲスト分子の弾性的性質への寄与)を明らかにすることを目的とする。本研究により新たに製作したヘリウムガス駆動型ダイヤモンド・アンビル・セルを用いて窒素ハイドレート(NH),アルゴンハイドレート(ArH),クリプトンハイドレート(KrH),テトラハイドロフランハイドレート(THFH)の単結晶を作製し,顕微鏡観察,高圧ラマン散乱分光測定より各sII型CHの存在圧力領域および圧力誘起構造相転移について調べた。室温でsII型CHを有するものについては,NHでは0.1〜0.85GPa,ArHでは0.2〜0.43GPa, KrHでは0.01〜0.45GPaの圧力領域で存在することが明らかになった。また,これらCHは基本的にsII型から六方晶のsH型CHを経て最終的に非CHの"filled ice"と呼ばれる斜方晶sO型構造へ転移することが分かった。機械的構造安定性,ホストケージ-ゲスト分子(原子)間相互作用のゲスト依存性を調べるためにsII型ArH, KrHの高圧ブリュアン散乱測定を行い,その弾性的性質の圧力依存性を決定した。この結果から,sII型ArH, KrHはsI型構造のメタンハイドレート(MH)とよく似た弾性的性質を有し,弾性的にほぼ等方体であることが分かった。しかし、弾性定数およびその圧力依存性とsII型CHの存在圧力領域はゲスト分子(原子)によって異なることから,ホストケージ-ゲスト分子(原子)間相互作用はホスト水ケージに対するゲストの相対的なサイズに依存し,剪断応力等に対する構造安定性が異なることが見出された。また,本研究結果からsII型天然MHのような混合CHの構造安定性はそのゲストガス成分によって異なる可能性があることが推察される。
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[Publications] H.Shimizu et al.: "Optical microscopy and Raman scattering of a single argon hydrate at high pressures"Chem.Phys.Lett.. 368・1-2. 132-138 (2003)
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[Publications] S.Sasaki et al.: "Microscopic observation and in situ Raman scattering studies on high-pressure phase transformations of a synthetic nitrogen hydrate"J.Chem.Phys.. 118・17. 7892-7897 (2003)
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[Publications] 清水宏晏, 佐々木重雄: "燃える氷メタンハイドレートの単結晶製作と高圧ラマン散乱"応用物理. 173・7(印刷中). (2004)
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[Publications] T.Kumazaki et al.: "Single-crystal growth of the high-pressure phase II of methane hydrate and its Raman scattering study"Chem.Phys.Lett.. (印刷中). (2004)
