2014 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 Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
高岡 義寛 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90135525)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
竹内 光明 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10552656)
龍頭 啓充 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (20392178)
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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 / 構造解析 / サイズ分析 / メタン / 二酸化炭素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度の研究では、メタンや二酸化炭素ガスの水和クラスターを生成し、TOF型質量分析法によってクラスターのサイズ分析を行った。水クラスターのサイズ分布に比べて、メタン水和クラスターのサイズ分布には違いがなかった。一方、二酸化炭素水和クラスターのサイズ分布は、より大きなサイズを含むことが分かった。また、電子線回折法によるクラスターの構造解析から、水クラスターおよび二酸化炭素クラスターは、それぞれ氷のダイヤモンド構造およびドライアイスの面心立法構造を取ることを明らかにした。なお、回折装置の分解能の限界から、水和クラスターの構造解析には至らなかったが、装置の改善点が明らかになった。
水和クラスターと固体表面との相互作用について、クラスターイオン照射特有の高密度照射効果を理論的・実験的に明らかにした。具体的には、水クラスターイオンを固体表面に照射し、フォトルミネセンスの測定に世界で初めて成功した。発光メカニズムについては、クラスターイオン照射によって基板表面が数万度の高温状態となり、基板および水クラスターの熱励起による発光であると考えている。さらに、水および水和クラスターイオンを金属基板表面に照射した。基板温度が室温でも照射領域は高温状態となるため、銅基板表面の化学的スパッタリングや表面腐食が促進されることを明らかにした。
ガスハイドレートの取り出し・閉じ込め実験については、液体窒素によって冷却された固体表面に水クラスターを照射し、氷薄膜の形成に成功した。また、予備実験として室温で水和クラスターイオン照射を行い、基板表面から反跳される水、メタン、二酸化炭素の分子、およびフラグメントなどの残留ガス分析を行った。クラスターイオンビームの入射エネルギーや最小サイズを制御することによって、ビーム中にメタンや二酸化炭素ガスの水和クラスターが含まれることを明らかにした。
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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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