2014 Fiscal Year Annual Research Report
ナノ細孔中の水分子ネットワークにおけるラジオ波帯プロトン伝導ダイナミックス
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24340071
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
松井 広志 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (30275292)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田所 誠 東京理科大学, 理学部, 教授 (60249951)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 水分子 / プロトン伝導 / インピーダンス / 誘電率 / ナノ空孔 / プローバー / 水和 / 多孔体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
インピーダンスアナライザを用いて、2MHzから1GHzの周波数領域における複素誘電率（複素伝導率）を、最低温度10Kまで計測できるようにした。これまで、室温専用のプロ―バーシステムは大型装置であったが、低温冷却するクライオスタットに挿入するため、新たに小型の試料セルを試作した。ＬＣＲメータを用いたより低周波実験も行えるようにするため、セミリジッド同軸ラインをインサートに2本装備した。本研究で扱う試料は微小であり、かつ、導電性グリースを白金製探針と試料表面の間に挟むため、計測可能な最高周波数は約100MHzまでに制限された。
Ni(cyclam)試料の親水性ナノチャンネルの水分子ネットワーク中に糖アルコール分子のエリスリトールを20%内包した試料の合成に成功した。上記システムを用いて、本試料の誘電率を測定したところ、300程度の値になった。60%内包試料では、400程度であり、内包していない試料では、50程度であることから、内包量により誘電率が著しく変化することが分かった。エリスリトール分子は中性で、電気双極子を持たないため大きな誘電率を出すことはない。エリスリトール分子は4個のOH基をもち、このOH基に水和する水分子が自己解離することで正電荷をもつプロトンと負電荷をもつプロトンホールが双極子を形成すると考えられる。温度を変えると誘電率にも変化が生じることから、プロトンの運動に関係することが分かった。
水ナノチューブ、および水分子鎖を含む分子性ナノ多孔質結晶についても、低周波誘電率を決定した。また、本研究で試作したシステムを、固体燃料電池電解質の高温における低周波伝導率測定に適用したところ、非常に簡便にデータを得ることができた。今後、幅広い研究に利用できることが分かった。
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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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