2022 Fiscal Year Final Research Report
Formation of "nano-ice", ultra-small ice crystallite in liquid water, elucidated by Raman spectroscopy
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19H02679
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 32010:Fundamental physical chemistry-related
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| Research Institution | Chuo University (2020-2022)
Aoyama Gakuin University (2019) |
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Principal Investigator |
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 水 / フローイメージング / マイクロ液滴 / ラマン分光 / ナノアイス |
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| Outline of Final Research Achievements |
We have developed a novel approach, "microdroplet Raman flow imaging," to investigate the hydrogen bonding structures in water. This technique enables us to precisely determine the temperature of solutions in microchannels of μm order and monitor recombinations of intermolecular interactions (equilibration of liquid structure). By analyzing the spectral components of water that were separated using multivariate analysis, we found the structural relationship between one of the components and ice. Furthermore, our method provided a quantitative analysis of the change of hydrogen bonding due to the electrolyte addition and how it corresponds to changes in the components’ composition.
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| Free Research Field |
物理化学・分子分光学
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究では，温度，分子構造，および分子間相互作用を同時に複合的に分析する独自のアプローチを構築し，その有用性を示したことに学術的な意義がある．従来，溶液中の分子間相互作用の組み替えを分単位の分光測定で追跡することは困難であったが，本研究ではフロー系を構築することにより，サブ秒の時間スケールでの変化を追跡できることを示した．これは液体や溶液の構造を分子レベルで理解する上で重要な成果である．加えて，水の液体構造の詳細を混合モデルに基づいて調べる指針を得たことも意義がある．このアプローチはナノアイスの構造や凍結抑止の原理の解明に適用できると考えられ，さらなる応用展開の方向性を示すものである．
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