2012 Fiscal Year Annual Research Report
水和クラスターのサイズ分離・構造解析と固体表面との相互作用の研究
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24360010
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
高岡 義寛 京都大学, 工学研究科, 教授 (90135525)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
龍頭 啓充 京都大学, 工学研究科, 講師 (20392178)
竹内 光明 京都大学, 工学研究科, 助教 (10552656)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 水クラスター / ハイドレート / イオンビーム / クラスターサイズ / サイズ分離 / サイズ分析 / 二酸化炭素 / 表面反応 |
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| Research Abstract |
本年度の研究では、沸騰水の中に炭酸ガスをバブリングし、ガス分子が比較的均一に分布している水蒸気をノズルから噴射させ、3次元核形成・核成長過程を通してボトムアップ的に炭酸ガス(二酸化炭素)の水和クラスターが生成できる液体イオン装置を開発した。また、現有のTOF型質量分析装置を用いて、生成した水クラスターや水和クラスターのサイズ分析を行った。また、現有の高精度Q-Mass装置をイオンビーム装置に組み込み、生成した水クラスターや水和クラスターのサイズ分離を行った。さらに、100分子以下のクラスターサイズの水和クラスターの生成を行い、生成条件(ガス流量、水の蒸気圧)とクラスターサイズとの関係を明らかにした。
次に、炭酸ガスの水和クラスターイオンの入射エネルギーを制御して、基板温度が室温のシリコン基板や銅基板に照射し、XPS装置を用いて照射表面を分析評価して、クラスターイオンの表面反応過程を明らかにした。なお、水クラスターの結合エネルギー(水素結合エネルギー)は数100meV以下であるので、1個の水和クラスター内の水分子の数(クラスターサイズ)を乗じたエネルギーの値を参照して、水和クラスターイオンの入射エネルギーを制御した。また、水和クラスターイオン照射後のフラグメントイオンについて、基板の近傍に設置したQ-Mass装置によって残留ガス分析を行い、二酸化炭素のガス分子の放出過程を明らかにした。
以上、得られた研究結果より、水和クラスターイオンビームを用いた新しい水利用方法を示すことが出来た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では、ガス分子として炭酸ガスを取り上げ、水和クラスターの生成条件を明らかにすることができ、研究は順調に進展している。なお、「燃える氷」として注目されているメタンハイドレートの生成については、次年度の研究の中で着手する予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の研究計画に従い、次年度は電子線回折法を用いて水和クラスターの構造解析を行い、クラスターサイズと結晶構造との相関関係を明らかにする。さらに、メタンハイドレートを含め、水和クラスターと固体表面との相互作用の解明やガスハイドレートの取り出し・閉じ込めを試みる。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
会計年度末に納入できない実験部品の支払い、および国際会議に出席のため年度初めに海外出張を予定しているので、それぞれの経費の確保が必要となった。次年度に繰り越して使用する予定である。
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