Physics and chemistry of ice based on pure ice Ic

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18H01936
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 32010:Fundamental physical chemistry-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Komatsu Kazuki 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (50541942)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 町田 真一 一般財団法人総合科学研究機構(総合科学研究センター(総合科学研究室)及び中性子科学センター(研究開発, 中性子科学センター, 研究員 (30554373) ; 則竹 史哉 山梨大学, 大学院総合研究部, 助教 (50755569)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 氷 / 積層不整 / 高圧 / 中性子回折

Outline of Final Research Achievements

Cubic ice (ice Ic) is one of the most important ice polymorphs that is likely to exist universally in space. However, the ice Ic discovered so far always contains stacking disorder, leaving much unknown about its structure and physical properties. In this study, the world's first successful synthesis of ice Ic without stacking disorder was achieved by extracting hydrogen from hydrogen hydrate (C2), which has the same water molecule framework as ice Ic. We also succeeded for the first time in the world in measuring the neutron diffraction pattern of C2 under high pressure and analysing its crystal structure.

Free Research Field

氷の物理化学、高圧結晶学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で用いた方法によって氷Icの単一の結晶相が得られるため、これまで謎に包まれていた氷Icの基礎物性の理解が飛躍的に進むとともに、積層不整を含む氷と比較することで、積層不整が氷の物性にあたえる影響についての理解が進むことが期待される。積層不整した氷は、北極や南極の成層圏にある雲の中や宇宙空間、もしくは急速凍結した生体試料・冷凍食品などにも普遍的に存在しているため、本研究の成果は幅広い研究分野に重要な知見を与えるものとなる。さらに、水素ハイドレートから氷が得られたことで、その逆反応を利用して氷を水素貯蔵材料として用いる研究の展開も期待できる。