Direct Observation of Hierarchical Crystallization of Water on the Polymer Surfaces at the Mesoscale.

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K05263
• Research Institution: University of Toyama
• Principal Investigator: 源明 誠 富山大学, 学術研究部工学系, 准教授 (70334711)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: ナノ・メゾスケール / 水の結晶化挙動 / 振動分光法

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，手法の制限から評価領域も物理化学現象も異なる情報，すなわち，熱量測定法から得られるバルク水の結晶化挙動と界面水の振動スペクトル構造を比較・議論し続ける状況を打破するために，表面ナノ・メゾスケール領域の水の結晶化挙動をin-situで階層的且つ選択的に評価可能な振動分光装置を開発し，バルク水と界面水の結晶化挙動の直接的評価により，これまでになされてきた上述の議論・問いに対する明確な解答を導き出すことを目的とする。
２年目となる本年度は，昨年度構築した固体表面の90，100，250，350ナノメートル内を限定的に評価できる全反射分光光学系に，ペルチェ素子により構成される冷却ユニットを搭載し，300 Kから180 Kの温度範囲，毎分0.5 Kから5 Ｋの降・昇温可能な分光セルの作成を試みた。また，基礎的な情報を得ることを目的に，評価対象とする高分子ブラシとして導入予定の水溶性アクリレート高分子への水和による水の振動スペクトル変化を，近赤外分光（NIR）法・中赤外分光（MIR）法を用いて評価した。具体的には，種々の濃度を有するアクリレート高分子水溶液について，NIR法では透過法を，MIR法では全反射吸収（ATR）法を用いて試料の振動スペクトルを得た。本研究のスペクトル解析は，NIR法によりなされるが，NIR領域の振動スペクトルの解釈は，広く行われていない。一方，MIR領域の振動スペクトルは，十分とは言えないが，極めて多くの研究報告があり，水の振動スペクトルの解釈について種々提案されている。そこで，本年度は，上述のNIRおよびMIR法で得られた振動スペクトルの一般化二次元分光解析を通じて，NIR領域における水の振動スペクトル解釈を行った。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当初目標とした温度可変領域（300 K－180 K）を実現することができなかった。現段階では，300 K－220 K程度であり，より高い冷却度を実現する必要がある。これは，純水の過冷却限界温度223 Kよりも十分に低い温度での評価を実現することが必要であるからである。

Strategy for Future Research Activity

現在，ペルチェ素子を用いた冷却システムを採用しているが，その冷却度は十分と言えないことから，セルの設計変更を行う。また，それと並行して，表面開始原子移動ラジカル重合法により膜厚が厳密に規定された高分子ブラシの乾燥状態における評価を行う。