• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to project page

2011 Fiscal Year Annual Research Report

超高感度熱測定による物質科学の新展開

Research Project

Project/Area Number 21245003
Research InstitutionChiba University

Principal Investigator

西川 恵子  千葉大学, 大学院・融合科学研究科, 教授 (60080470)

Keywords超高感度熱量測定 / Raman散乱 / 相転移 / 構造緩和 / 核磁気共鳴 / 緩和時間 / コンフォメーション変化
Research Abstract

イオン液体は様々な特異的な性質を示す。特に熱物性はユニークである。これまで、イオン液体を構成する代表的カチオンである C_n-methyl-imidazolium(C_nmim)を有するイオン液体を試料として、超高感度熱測定と熱・Raman散乱の同時測定から、相転移とそれに連動して起こるコンフォメーションの変化の解明を中心テーマとしてきた。本年度は、さらにNMRの緩和時間測定も精力的に行い、カチオンを構成する個々の原子の動きがどのように相変化を引き起こすかをダイナミクスの観点から明らかにした。構成イオンの極性の高い部分と非極性部分の動的挙動が大きく異なり、このアンバランスなダイナミクスがイオン液体の相挙動を複雑にしていることが明らかになった。
今まで芳香族系のimidazolium骨格を持つ試料が中心であったが、非芳香族系へ拡張した。非芳香族系の環自体の運動が側鎖の運動性とあいまって、相挙動を支配していることを明らかにした。
超高感度熱測定装置を-100℃まだ測定できるように改造したことにより、多くの試料のガラス転位現象も測定できるようになった。本年度は、イオン液体として[C_4mim]Br と[C_4mim]PF_6、分子性物質としてグリセロールを取り扱った。超高感度である特性を生かして、今までには観測されていないガラス転位時に起こる新規な現象を観測することに成功した。
イオン液体[C_4mim]Brの結晶化挙動を詳細に調べ、結晶化時に起こるソフト化を観測した。[C_4mim]Brは液体状態から温度を下げると結晶にならず、ガラスのように固化する。この状態から温度を上げていくと結晶化が起こり、さらに温度を上げると結晶から液体に相転位する。ガラスから結晶に変化する際、一端ソフト化(液化)が起こる。本試料はイオンのコンフォメーションを変えて結晶になる。この構造変化のために自由に動けることが必要で、これが液化として観測される。非常に奇妙な現象で、新たな結晶化の機構解明に興味深い実験例を提示しているものと思われる。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

高感度熱測定は順調に進展し、数多くの試料の熱物性を明らかにしている。同時測定のRaman散乱実験や並行して行うNMRの緩和時間測定を加えることにより、熱の出入りの際にどのような構造変化が起こり、かつ個々の原子の動的挙動が相変化にどのように関係しているかの解明も進んでいる。超高感度の熱測定に加えて、熱挙動をこのように複合的に実験できるグループは、世界的に見ても我々グループのみであり、"only one"の結果を数多く出している。

Strategy for Future Research Activity

生体試料も加え、『生命現象の熱測定』という新分野を開拓する。

  • Research Products

    (21 results)

All 2012 2011 Other

All Journal Article (9 results) (of which Peer Reviewed: 9 results) Presentation (11 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] NMR Study of Cation Dynamics in Three Crystalline States of 1-Butyl-3-Methylimidazolium Hexafluorophosphate Exhibiting Crystal Polymorphism2012

    • Author(s)
      Takatsugu Endo, Hiroki Murata, Mamoru Imanari, Noriko Mizushima, Hiroko Seki, Keiko Nishikawa
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. B

      Volume: 116 Pages: 3780-3788

    • DOI

      10.1021/jp300636s

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Cation and Anion Dynamics in Supercooled and Glass States of the Ionic Liquid 1-Butyl-3-methylimidazolium Hexafluorophosphate : Results from ^<13>C, ^<31>P, and ^<19>F NMR spectroscopy2012

    • Author(s)
      T.Endo, S.Widgeon, P.Yu, S.Sen, K.Nishikawa
    • Journal Title

      Phys.Rev.B

      Volume: 85 Pages: 054307-1-054307-9

    • DOI

      DOI:10.1103/PhysRevB.85.054307

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Comparison between Cycloalkyl- and n-Alkyl-Substituted Imidazolium-Based Ionic Liquids in Physicochemical Properties, Reorientational Dynamics2012

    • Author(s)
      T.Mandai, H.Masu, M.Imanari, K.Nishikawa
    • Journal Title

      J.Phys.Chem.B

      Volume: 116 Pages: 2059-2064

    • DOI

      10.1021/jp210273q

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effects of Cyclic-Hydrocarbon Substituents and Linker Length on Physico-chemical Properties and Reorientational Dynamics of Imidazolium-Based Ionic Liquids2012

    • Author(s)
      T.Mandai, A.Matsumura, M.Imanari, K.Nishikawa
    • Journal Title

      J.Phys.Chem.B

      Volume: 116 Pages: 2090-2095

    • DOI

      10.1021/jp211114h

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Spectrum of Excess Partial Molar Absorptivity. II : An NIR Study of Aqueous Na-Halides2012

    • Author(s)
      F.Sebe, K.Nishikawa, Y.Koga
    • Journal Title

      Phys.Chem.Chem.Phys

      Volume: 14 Pages: 4433-4439

    • DOI

      DOI:10.1039/c2cp23255c

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effects of Methylation at Position 2 of Cation Ring on Rotational Dynamics of Imidazolium-based Ionic Liquids Investigated by NMR Spectroscopy : [C_4mim]Br vs [C_4C_1mim]Br2011

    • Author(s)
      T.Endo, M.Imanari, H.Seki, K.Nishikawa
    • Journal Title

      J.Phys.Chem.A

      Volume: 115 Pages: 2999-3005

    • DOI

      10.1021/jp200635h

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] High-Resolution Calorimetry on Thermal behavior of Glycerol (1) : Glass transition, crystallization and Melting, and Discovery of a Solid-Solid transition2011

    • Author(s)
      K.Sou, K.Nishikawa, Y.Koga K.Tozaki
    • Journal Title

      Chem.Phys.Lett.

      Volume: 506 Pages: 217-220

    • DOI

      doi:10.1016/j.cplett.2011.03.043

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Correlation between Hydrocarbon Flexibility and Physicochemical Properties for Cyclohexyl-imidazolium Based Ionic Liquids Studied by ^1H and ^<13>C NMR2011

    • Author(s)
      T.Mandai, M.Imanari, K.Nishikawa
    • Journal Title

      Chem.Phys.Lett.

      Volume: 507 Pages: 100-104

    • DOI

      doi:10.1016/j.cplett.2011.03.075

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Crystal polymorphism of a room-temperature ionic liquid, 1,3-dimethylimidazolium hexafluorophosphate : Calorimetric and structural studies of two crystal phases having melting points of ~50K difference2011

    • Author(s)
      T.Endo, T.Morita, K.Nishikawa
    • Journal Title

      Chem.Phys.Lett.

      Volume: 517 Pages: 162-165

    • DOI

      doi:10.1016/j.cplett.2011.10.040

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 混合状態からみたエタノール水溶液の二重臨界点の存在可能性2011

    • Author(s)
      森田剛, 森彰宏, 西川恵子
    • Organizer
      第5回分子科学討論会2011
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター
    • Year and Date
      2011-09-23
  • [Presentation] シクロアルカンを導入したイミダゾリウム塩の構造とダイナミクス2011

    • Author(s)
      万代俊彦, 今成司, 西川恵子
    • Organizer
      第5回分子科学討論会2011
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター
    • Year and Date
      2011-09-23
  • [Presentation] アルキル末端に置換基を導入したイミダゾリウム系イオン液体の構造と物性の相関:置換基効果およびアルキル鎖長依存性2011

    • Author(s)
      松村明子, 万代俊彦, 西川恵子
    • Organizer
      第5回分子科学討論会2011
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター
    • Year and Date
      2011-09-22
  • [Presentation] 非芳香族系イオン液体の相挙動2011

    • Author(s)
      星野晋平, 遠藤太佳嗣, 西川恵子
    • Organizer
      第5回分子科学討論会2011
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター
    • Year and Date
      2011-09-22
  • [Presentation] イオン液体-二酸化炭素系のゆらぎ構造とアニオン種依存性2011

    • Author(s)
      牛尾将義, 森田剛, 西川恵子
    • Organizer
      第5回分子科学討論会2011
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター
    • Year and Date
      2011-09-22
  • [Presentation] ナノプロセッシングによる金ナノ粒子の成長過程とその加熱時間依存性2011

    • Author(s)
      栗原健太, 森田剛, 上原伸夫, 西川恵子
    • Organizer
      第5回分子科学討論会2011
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター
    • Year and Date
      2011-09-20
  • [Presentation] 炭化水素-水系の臨界軌跡近傍における混合状態2011

    • Author(s)
      森田剛, 西川恵子
    • Organizer
      第28回PFシンポジウム
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場
    • Year and Date
      2011-07-13
  • [Presentation] XAFSによる金ナノロッドの成長過程解析2011

    • Author(s)
      畠山義清, 西川恵子
    • Organizer
      第28回PFシンポジウム
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場
    • Year and Date
      2011-07-13
  • [Presentation] Density and mesoscale structure of [C_4mim][NTf_2]-CO_2 system from 0.1 to 12 MPa2011

    • Author(s)
      T.Morita, K.Nishikawa
    • Organizer
      4th Congress on Ionic Liquids (COIL-4)
    • Place of Presentation
      Crystal City Hilton, Arlington, Virginia USA
    • Year and Date
      2011-06-17
  • [Presentation] Structures and Dynamics of Cyclohexyl-substituted Imidazolium Ionic Liquids2011

    • Author(s)
      T.Mandai, K.Nishikawa
    • Organizer
      4th Congress on Ionic Liquids (COIL-4)
    • Place of Presentation
      Crystal City Hilton, Arlington, Virginia USA
    • Year and Date
      2011-06-17
  • [Presentation] Phase Behaviors of Ionic Liquids---Unique Phenomena Caused by Microscopic Structural Changes of Ions and Their Cooperative Slow Dynamics---2011

    • Author(s)
      K.Nishikawa
    • Organizer
      4th Congress on Ionic Liquids (COIL-4)
    • Place of Presentation
      Crystal City Hilton, Arlington, Virginia USA(基調講演)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-06-16
  • [Remarks]

    • URL

      http://stchem.phys.s.chiba-u.ac.jp/index.html

URL: 

Published: 2013-06-26  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi