2014 Fiscal Year Annual Research Report
カーボンナノチューブのナノ表面・ナノ空間における水の構造と物性
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24310094
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
本間 芳和 東京理科大学, 理学部, 教授 (30385512)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山本 貴博 東京理科大学, 工学部, 講師 (30408695)
千足 昇平 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (50434022)
岡田 晋 筑波大学, 数理物質科学研究科(系), 教授 (70302388)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | ナノチューブ / 光物性 / 水 / 相転移 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
単層カーボンナノチューブ（SWNT）のナノ表面とナノ空間における水分子の構造と物性の解明を目的として、分光実験および理論計算による研究を推進した。
・SWNT外表面の吸着層に対して吸・脱着遷移圧力における水の振る舞いを詳細に解析するとともに、吸着層構造の温度変化を調べた。10μm以上の長い架橋SWNTを用いた蛍光イメージング分光により水の吸着・脱離の動的過程を観察したところ、水が数nmのサイズの小クラスタを単位として吸着すると解釈できるデータを得た。SWNT内部では水は凝集相と空の部分に相分離するので、SWNT内外の空間における水の構造の違いが反映されているといえる。また、-20℃まで冷却可能な環境制御チャンバを用いて、SWNT表面の水吸着層の温度変化に着目して計測を行った。冷却により水吸着層が連続的に収縮することが観察されたが、液相－固相転移に相当するような不連続な変化は認められなかった。吸着層は液相より固相に近い密度になっている可能性が示唆された。
・SWNTの内部空間の水分子に関しては複数のカイラリティのSWNTについて内包された水の液相－固相転移に相当する蛍光スペクトル変化を観察でき、その相転移温度は直径に大きく依存し、内包される水の構造の違いを反映していることが示唆された。また、SWNT内部への水の凝集（気相－液相転移）は水蒸気圧に対して急峻な遷移であるのに対し、液相－固相転移に相当する遷移は圧力に緩やかに依存しており、水の構造の次元性を反映したものである可能性がある。
・SWNTと吸着分子との相互作用解明の一環として、DNAを対象とした検討を行い、蛍光スペクトルにDNAの塩基の違いが反映されることを見出した。第一原理計算を用いて解析した結果、SWNTのE11ギャップは塩基種、塩基の配向に依存せず、20-60meV程度減少するだけであった。他方、静電ポテンシャルの解析からこれら塩基がCNTの周りに分極を誘起することが明らかになった。
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| Research Progress Status |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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