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ナノ気泡を主題とした水素電極反応の再構築

研究課題

研究課題/領域番号 17655003
研究種目

萌芽研究

配分区分補助金
研究分野 物理化学
研究機関埼玉大学

研究代表者

中林 誠一郎  埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (70180346)

研究期間 (年度) 2005 – 2006
研究課題ステータス 完了 (2006年度)
配分額 *注記
3,300千円 (直接経費: 3,300千円)
2006年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
2005年度: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円)
キーワードナノ気泡 / ブタン / ラプラス圧 / 固液界面 / 線張力 / 表面張力 / 自己組織化 / 相転移 / 原子間力顕微鏡 / Si(111)
研究概要

超純水と接した金基板表面、高配向性黒鉛表面、さらには、白金基盤表面で、ナノバブルを観測した。また、これらの界面では、電解液中でも、安定にナノバブルを観測し得た。極めて簡単な計算(気体の状態方程式)により、気泡内圧を1気圧と仮定すると、ナノ気泡内の気体分子総数は、1000分子程度と極めて少ない。1000分子で、気泡が形成されるのは、極めて不思議である。ところが、気泡半径が小さいと、表面張力による圧縮効果により、気泡内圧は、数万気圧になると予想される(ラプラス圧)。このような高い内部圧力と、固気界面の表面エネルギー、固気液体3相界面の線張力が拮抗してナノバブルの安定性は保たれる。本研究では、(1)赤外線吸収の線巾が気体圧力に依存して変化する事を利用して、ナノバブル内の高圧状態を、直接観測すること。(2)電気化学や化学熱力学の分野で極めて重要な、標準水素電極反応におよぼすナノバブルの高圧影響を明らかにすること。以上2点を、目標とした。それぞれの目標は、「ゲルマニュウム上の全反射赤外スペクトル測定」、「原子間力顕微鏡と組み合わせた精密電位測定」を実験手法として達成した。特にシリコン(111)面上のブタンナノ気泡に注目した。多重反射赤外分光測定により、10-100nmのブタンナノ気泡では、気泡内のブタンガスは、ラプラス圧により気体状態を保てず、液体化していることが明らかになった。さらに、この結果は、原子間力顕微鏡のForce-Distanceカーブの測定からも、明らかになった。ナノバブルは、実は身の回りの自然にある一般的な現象であるにもかかわらず、観測の方途が無かったために、長い間知られていなかった極めて特異な現象であるが、半導体プロセスにおける基板の洗浄や、水溶液中での有機反応など、理学および工学において有用な展開が期待される。

報告書

(2件)
  • 2006 実績報告書
  • 2005 実績報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2007 2006 2005

すべて 雑誌論文 (12件) 図書 (2件)

  • [雑誌論文] Constitutive chemical biology2007

    • 著者名/発表者名
      S.Nakabayashi, N.Tanimura, T.Yamashita, S.Kokubun
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Electronics E90-c

      ページ: 116-119

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Quasi-anisotropic Magnetic Field Effect on Protoplasmic Streaming of Chara Braunii2007

    • 著者名/発表者名
      S.Nakabayashi, N.Kameda
    • 雑誌名

      J.J.Appl.Phys. 46(印刷中)

    • NAID

      210000063949

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Growth kinetics of CdSe nanoparticles synthesized in reverse micelles using bis(trimethylsilyl) selenium precursor.2007

    • 著者名/発表者名
      S.Emin, C.Dushkin, S.Nakabayashi, E.Adachi
    • 雑誌名

      Central European Journal of Chemistry 5

      ページ: 590-604

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Synchronization Phenomena in Networks of Coupled Relaxation Electrochemical Oscillators2006

    • 著者名/発表者名
      Antonis Karantoni, Michael Pagitas, Yasuyuki Miyakita, Seiichiro Nakabayashi
    • 雑誌名

      Journal of Bifurcation and Chaos 16

      ページ: 1951-1960

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Constitutive chemical biology; Reconstruction of inter-cellular Ca2; transience by non-linear oscillators2006

    • 著者名/発表者名
      S.Nakabayashi, N.Tanimura, Y.Miyakita, S.kokubun, T.Yamashita
    • 雑誌名

      ProcSPIE 6376

      ページ: 637605-637605

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] 水と強磁揚との相互作用;屈折率に見る水素結合ネットワークへの磁場効果2006

    • 著者名/発表者名
      中林誠一郎, 曽越宣仁
    • 雑誌名

      化学と教育 54

      ページ: 8-11

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Spatiotemporal Coding in Electrochemical Network2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Miyakita, S.Nakabayashi
    • 雑誌名

      Phys.Rev.E 71

      ページ: 0562071-0562079

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Munipulation of Spatiotemporal Patterns2005

    • 著者名/発表者名
      A.Korantonis, S.Nakabayashi
    • 雑誌名

      Electrochim Acta 50

      ページ: 5056-5060

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Electrochem Deposition of Stacked Layers of Cu_2O/Cu/Cu_2O2005

    • 著者名/発表者名
      M.Fujita, S.Nakabayashi
    • 雑誌名

      Trans.Mat.Res.Soc.Jpn 30

      ページ: 1041-1044

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Photoluminescence of Eelctrochemically-Doped Cu_2O2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Terui, S.Nakabayashi
    • 雑誌名

      Trans.Mat.Res.Soc.Jpn 30

      ページ: 1049-1052

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 強磁場下での水の物性と電気化学2005

    • 著者名/発表者名
      曽越宣仁, 中村誠一郎
    • 雑誌名

      Electrochemistry 73

      ページ: 445-449

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 水と強磁場との相互作用2005

    • 著者名/発表者名
      中林誠一郎, 曽越宣仁
    • 雑誌名

      化学と教育 54

      ページ: 8-11

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [図書] 表面物性ハンドブックの内"固液界面の反応速度論"を執筆2007

    • 著者名/発表者名
      中林 誠一郎, 亀田直樹
    • 総ページ数
      5
    • 出版者
      丸善
    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [図書] Materials Processing in Magnetic Field2005

    • 著者名/発表者名
      S.Nakabayashi
    • 総ページ数
      11
    • 出版者
      World Scientific
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書

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公開日: 2005-04-01   更新日: 2016-04-21  

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