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溶媒和構造計測手法の研究:拘束空間内における液体の統計力学の開発と応用

研究課題

研究課題/領域番号 15K21100
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 物理化学
生物物理学
研究機関京都大学

研究代表者

天野 健一  京都大学, 工学研究科, 助教 (30634191)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2017年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2016年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2015年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
キーワードコロイド表面化学 / 高分子 / 電解質 / 表面電位 / 数値解析 / 枯渇相互作用 / 小角散乱 / イオン液体 / コロイド粒子 / 平均力ポテンシャル / 数密度分布 / レーザーピンセット / 表面物理化学 / 原子間力顕微鏡 / 水和構造 / 溶媒和構造 / 液体の統計力学 / 逆計算 / 表面分析 / フォースカーブ / 数理工学
研究成果の概要

本研究では原子間力顕微鏡や表面力測定装置、ライン光ピンセットの3つの装置に着目し、これらの装置によって測定される表面間力から基板近傍に形成される溶媒和構造の逆計算手法について研究した。また、基板近傍やコロイド粒子表面近傍に形成される分散コロイド粒子らの配置構造の逆計算についても研究した。本研究を進めるためには拘束空間内における溶媒や分散コロイド粒子の性質も理解していなければならないので、それらが拘束される事で生じる摂動(変化)についても研究した。本研究によって逆解析技術を進展させる事が出来た。また、逆解析の結果からコロイド分散系における興味深い物理化学的性質について知見を深める事が出来た。

研究成果の学術的意義や社会的意義

原子間力顕微鏡や表面力測定装置、ライン光ピンセットといった装置によって任意の2表面間の表面間力が液中で測定されるようになり、その測定データから基板表面近傍のミクロな構造が推測されるようになった。本研究で開発した逆計算技術によって推測から実際に求めるというステージに昇格させる事ができた。結晶や液体のバルクの構造解析技術は成熟したものであるが、表面近傍に形成されるソフトマターの構造解析技術はまだ成熟していない。よって本研究はソフトマターの構造解析技術を進展させたという所に学術的意義がある。また、本研究成果はソフトマターを利用した製品開発における試作品の表面分析にも利用でき、そこに社会的意義もある。

報告書

(5件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 2015 実施状況報告書
  • 研究成果

    (29件)

すべて 2019 2018 2017 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 1件、 査読あり 6件、 謝辞記載あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 2件、 招待講演 7件) 備考 (5件)

  • [国際共同研究] Aalto University(フィンランド)

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Stratification of Colloidal Particles on a Surface: Study by a Colloidal Probe Atomic Force Microscopy Combined with a Transform Theory2018

    • 著者名/発表者名
      Ken-ichi Amano, Taira Ishihara, Kota Hashimoto, Naoyuki Ishida, Kazuhiro Fukami, Naoya Nishi, Tetsuo Sakka
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. B

      巻: 122 号: 16 ページ: 4592-4599

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.8b01082

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Potential of mean force between spherical particles in an ionic liquid and its decomposition into energetic and entropic components: An analysis using an integral equation theory2018

    • 著者名/発表者名
      Amano Ken-ichi、Hayashi Tomohiko、Hashimoto Kota、Nishi Naoya、Sakka Tetsuo
    • 雑誌名

      Journal of Molecular Liquid

      巻: 257 ページ: 121-131

    • DOI

      10.1016/j.molliq.2018.02.089

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A relationship between the force curve measured by atomic force microscopy in an ionic liquid and its density distribution on a substrate2017

    • 著者名/発表者名
      Amano Ken-ichi、Yokota Yasuyuki、Ichii Takashi、Yoshida Norio、Nishi Naoya、Katakura Seiji、Imanishi Akihito、Fukui Ken-ichi、Sakka Tetsuo
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 19 号: 45 ページ: 30504-30512

    • DOI

      10.1039/c7cp06948k

    • NAID

      120006545210

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] コロイド粒子らの試料表面上における 密度分布の分析理論と実験への適用2017

    • 著者名/発表者名
      天野健一、石原平
    • 雑誌名

      コロイドおよび界面化学部会ニュースレター

      巻: 印刷中

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Number density distribution of small particles around a large particle: Structural analysis of colloidal solution2016

    • 著者名/発表者名
      Ken-ichi Amano, Mitsuhiro Iwaki, Kota Hashimoto, Kazuhiro Fukami, Naoya Nishi, Ohgi Takahashi, Tetsuo Sakka
    • 雑誌名

      Langmuir

      巻: 32 号: 42 ページ: 11063-11070

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.6b02628

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Number density distribution of solvent on a substrate: A transform theory for atomic force microscopy2016

    • 著者名/発表者名
      Ken-ichi Amano, Yunfeng Liang, Keisuke Miyazawa, Kazuya Kobayashi, Kota Hashimoto, Kazuhiro Fukami, Naoya Nishi, Tetsuo Sakka, Hiroshi Onishi, and Takeshi Fukuma
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: - 号: 23 ページ: 15534-15544

    • DOI

      10.1039/c6cp00769d

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Force measurement reveals structure of a confined liquid: Observation of the impenetrable space2015

    • 著者名/発表者名
      Ken-ichi Amano, Eisuke Tanaka, Kazuya Kobayashi, Hiroshi Onishi, Naoya Nishi, and Tetsuo Sakka
    • 雑誌名

      Surface Science

      巻: 641 ページ: 242-246

    • DOI

      10.1016/j.susc.2015.07.021

    • NAID

      120005674621

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 濡れた表面の構造解析:小角X線散乱・原子間力顕微鏡・ライン光ピンセットを用いた逆解析2019

    • 著者名/発表者名
      天野健一
    • 学会等名
      分子科学研究所 所長招聘研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 非吸着性高分子の添加に伴う基板近傍のコロイド粒子らの層構造の変化2019

    • 著者名/発表者名
      天野健一
    • 学会等名
      日本化学会第99春季年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] イオン液体中における粒子間の平均力ポテンシャルとそのエネルギー成分とエントロピー成分への分離:液体の統計力学による検討2017

    • 著者名/発表者名
      天野 健一、西 直哉、作花 哲夫
    • 学会等名
      第8回イオン液体討論会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 分散コロイド粒子の基板近傍における層構造化のメカニズムの検討2017

    • 著者名/発表者名
      天野 健一、石原 平、西 直哉、作花 哲夫
    • 学会等名
      第7回ソフトマター研究会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 液中原子間力顕微鏡と液体統計力学によるバイオミネラリゼーションの基礎的研究:カルサイト表面上の水和構造とコロイド粒子の層構造化について2017

    • 著者名/発表者名
      天野健一
    • 学会等名
      第1回千葉大学分子キラリティー研究センター学生シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Analysis of the number density distribution of colloidal particles on a substrate before solidification: A study of biomineralization2017

    • 著者名/発表者名
      Ken-ichi Amano, Taira Ishihara, Naoya Nishi, Tetsuo Sakka
    • 学会等名
      第55回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 基板・コロイド粒子間とコロイド粒子・コロイド粒子間の相互作用の液体統計力学と原子間力顕微鏡の組み合わせによる研究2017

    • 著者名/発表者名
      天野健一、澤住亮佑、石原平、西直哉、作花哲夫
    • 学会等名
      第35回関西界面科学セミナー
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 液体の統計力学と原子間力顕微鏡による三次元水和構造画像の取得2017

    • 著者名/発表者名
      天野健一
    • 学会等名
      第3回「水シグナリングの分子動態から病態へ」研究会
    • 発表場所
      福井アオッサ
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] コロイド粒子の試料表面上における数密度分布の 測定理論の開発:原子間力顕微鏡の測定結果の解析2016

    • 著者名/発表者名
      天野健一、西直哉、作花哲夫
    • 学会等名
      第67回コロイドおよび界面化学討論会
    • 発表場所
      北海道教育大学旭川校
    • 年月日
      2016-09-22
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 固液界面における水和構造の分析:原子間力顕微鏡と液体統計力学の連携2016

    • 著者名/発表者名
      天野 健一、西 直哉、作花 哲夫、福間 剛士
    • 学会等名
      分析化学討論会
    • 発表場所
      岐阜薬科大学
    • 年月日
      2016-05-28
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Transform from the force curve measured by AFM into the hydration structure: Studies of muscovite mica and calcite surfaces2016

    • 著者名/発表者名
      Ken-ichi Amano
    • 学会等名
      Kyoto Workshop on Recent Progress in Advanced Scanning Probe Techniques
    • 発表場所
      Katsura campus, Kyoto University (Kyoto city, Kyoto prefecture)
    • 年月日
      2016-03-10
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ポリメタクリル酸メチル粒子の周りにおけるポリスチレン粒子の局所数密度分布の予測2015

    • 著者名/発表者名
      天野健一、橋本康汰、西 直哉、作花哲夫
    • 学会等名
      38回溶液化学シンポジウム
    • 発表場所
      高知市文化プラザカルポート(高知県高知市)
    • 年月日
      2015-10-21
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] 大球コロイドの周りに分布している小球コロイドの数密度分布の計測理論2015

    • 著者名/発表者名
      天野健一、橋本康汰、西 直哉、作花哲夫
    • 学会等名
      第53回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      金沢大学角間キャンパス(石川県金沢市)
    • 年月日
      2015-09-13
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] 実験で求まる表面間力からコロイド粒子の数密度分布を求める逆計算理論の提案2015

    • 著者名/発表者名
      天野健一、橋本康汰、西 直哉、作花哲夫
    • 学会等名
      66回コロイドおよび界面化学討論会
    • 発表場所
      鹿児島大学郡元キャンパス(鹿児島県鹿児島市)
    • 年月日
      2015-09-10
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] Extraction of solvation structure from a force curve obtained by atomic force microscopy: Introduction of a simple theory for the extraction2015

    • 著者名/発表者名
      Ken-ichi Amano
    • 学会等名
      NanoGeoscience 2015
    • 発表場所
      Campus Plaza Kyoto (Kyoto city, Kyoto prefecture)
    • 年月日
      2015-09-04
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 拘束空間内の液体構造の観察:表面力測定装置による計測理論2015

    • 著者名/発表者名
      天野健一、西 直哉、作花哲夫
    • 学会等名
      第75回分析化学討論会
    • 発表場所
      山梨大学甲府キャンパス(山梨県甲府市)
    • 年月日
      2015-05-23
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [備考] 天野健一ホームページ

    • URL

      http://www.fm.ehcc.kyoto-u.ac.jp/Sakkalab/member/amano/amano.html

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] 研究者の論文成果に関するwebページ

    • URL

      http://www.fm.ehcc.kyoto-u.ac.jp/Sakkalab/member/amano/papers.htm

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [備考] 京都大学エネルギー理工学研究所のwebページにおける研究成果の紹介

    • URL

      http://www.iae.kyoto-u.ac.jp/new-iae/NewsRelease/JP/2018/04/05-111651.html

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [備考] 液中原子間力顕微鏡を用いた溶媒和構造測定のための分析理論を作成

    • URL

      http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2016/160621_1.html

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [備考] 本研究者のホームページ

    • URL

      http://www.fm.ehcc.kyoto-u.ac.jp/Sakkalab/member/amano/amano.html

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書

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公開日: 2015-04-16   更新日: 2020-03-30  

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