2015 Fiscal Year Research-status Report
温度可変AFM法による減・昇温条件での環境変動指標鉱物の結晶成長ナノスケール解析
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26400518
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
桑原 義博 九州大学, 比較社会文化研究科(研究院), 准教授 (90281196)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石田 清隆 九州大学, 比較社会文化研究科(研究院), 准教授 (60108602) [Withdrawn]
上原 誠一郎 九州大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (70158773)
中牟田 義博 九州大学, 総合研究博物館, 准教授 (80128058)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | AFM / 硫酸塩鉱物 / 重晶石 / 結晶成長 / 溶解 / 気候・環境変動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度の主な研究計画は、前年度において問題となっていた低温（減温）条件におけるAFM結晶成長その場観察の際に見られるドリフト問題の解消、および、異なる温度条件での硫酸塩鉱物の結晶成長過程をその場観察し、その反応機構や反応速度をナノメーターオーダーで明らかにすることであった。
前者に関しては、予備実験を繰り返した結果、温度を目的温度まで一気に下げるのではなく、段階的に下げることでドリフトを最小限に抑えられることが解った。これを受けて、後者に関する実験では、重晶石AFM結晶成長その場観察実験を、当初の計画通り5～45℃の温度範囲で行うことに成功した。室温（25℃）における同鉱物の結晶成長様式と比較すると、（１）二次元核成長は、より低温になる程その異方性はなくなる傾向にあり、逆に、高温側では異方性が強くなることが新たに解った。これにより、二次元核の形態も低温から高温条件に向かうに従い、不定形から明瞭な扇型に変化することが示された。二次元核の成長速度については、横方向・鉛直（[001]）方向ともに低温になる程速くなる傾向にあるが、温度変化による僅かな過飽和度変化も考慮する必要があり、これについては新たな課題となった。（２）スパイラル成長に関しては、温度変化による形態の著しい変化は認められないが、スパイラル成長丘上に認められるステップの間隔については、低温条件程、明らかに大きくなることが解った。これは、スパイラル成長機構の変化の可能性を示唆するものである。一方、スパイラル成長の速度については、二次元核成長同様、低温条件程速くなる傾向にあるが、上述したような問題がある。
そのほか、室内実験結果との比較のため、気候変動等による硫酸塩鉱物、炭酸塩鉱物などの天然での成長・溶解現象の変化に関する分析・解析も進めており、それらの結果の一部は論文や学会発表等で国内外に公表した。
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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
本年度の主な研究計画のうち、低温（減温）条件におけるAFM結晶成長その場観察の際に見られるドリフト問題の解消については、繰り返しの実験により、段階減温操作によりドリフトを最小限に抑えられる（観察視野内に止められる）ことが解り、低温条件でのAFMその場観察が問題なく行えるように調整した。これを受けて、当初の計画通り、5～45℃の温度範囲での重晶石AFM結晶成長その場観察実験を終え、解析も進んでいる。以上の状況を踏まえて、現在までにおける本研究の当初計画目的の達成度に関しては、おおむね順調に進展していると判断できる。
ただし、これまでの研究結果から、結晶成長速度に対する温度変化と僅かな過飽和度変化の依存性については、より詳細に考慮する必要性が新たに浮かび上がってきたため、これについては、次年度の研究計画に追加する予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の研究計画については、おおむね順調に進展している。ただし、現在までの進捗状況のところでも記したように、結晶成長速度に対する温度変化と僅かな過飽和度変化の依存性についてより詳細に分析・解析を行う必要が生じたので、当初の研究計画に加えて、一定の過飽和度溶液に対して温度を変化させる実験を追加する予定である。温度変化実験自体はすでに行っている実験であり、過飽和度条件も必要最小限で選択する予定であるので、無理なく遂行できると考えている。これに加えて、当初の計画通り、炭酸塩鉱物（方解石）のAFM結晶成長その場観察実験を進める予定である。
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