2019 Fiscal Year Annual Research Report
Pressure-induced polyamorphic transition and dynamics of molecules in water and aqueous solutions
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19J02028
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
佐々木 海渡 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 先端材料解析研究拠点, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| Keywords | 水 / 水溶液 / ポリアモルフィック転移 / 分子ダイナミクス / 誘電緩和 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
圧力範囲0～1.5GPa、温度範囲77～298 K、周波数範囲1 mHz～10 MHzの高圧力下誘電緩和測定装置を開発し、それを用いてアモルファス氷の緩和現象の観測、グリセロール水溶液の分子ダイナミックスの観測を実施した。
純粋なアモルファス氷、氷I、V、VIの誘電緩和スペクトルを測定した。アモルファス氷についてはHigh density amorphous ice (HDA)の誘電緩和を観測することができた。一方でLow density amorphous ice（LDA）の誘電緩和は観測されなかった。これは昇温でLDAが氷Iに転移してしまうためと考えられる。
濃度28～100 wt.%のグリセロール水溶液の誘電緩和スペクトルを0.3および0.6GPa、130～250Kの温度範囲で測定した。水溶液のガラス転移と関係している水とグリセロールの協同的な運動と水のローカルな運動を反映していると考えられる2つの緩和過程が観測された。協同的な運動の緩和時間が100秒になる温度としてダイナミックなガラス転移温度を定義した。得られたガラス転移温度の濃度依存性はGordon-Taylor式でよく再現することができ、グリセロール濃度0に外挿することで0.3および0.6GPaでの純粋な水のガラス転移温度を見積もることができた。
濃度28 wt.%のグリセロール水溶液の誘電緩和スペクトルを0～0.3GPa、140～156Kの範囲で詳細に調べ、グリセロール水溶液のガラス転移温度の温度圧力相図を決定した。この水溶液は150K付近ではおよそ0.15GPaより高圧側でHDAライクに、低圧側ではLDAライクになることがわかっている。得られた相図から、この水溶液のポリアモルフィック転移がガラス転移温度以上で起こること、つまり、液体－液体相転移の存在が示唆された。
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| Research Progress Status |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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