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低次元水の低温構造形成とガラス転移挙動

研究課題

研究課題/領域番号 18350003
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 物理化学
研究機関東京工業大学

研究代表者

小國 正晴  東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (50144423)

研究期間 (年度) 2006 – 2007
研究課題ステータス 完了 (2007年度)
配分額 *注記
15,940千円 (直接経費: 14,800千円、間接経費: 1,140千円)
2007年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2006年度: 11,000千円 (直接経費: 11,000千円)
キーワード低温物性 / 表面・界面 / 物性実験 / メゾスコピック系 / 表面・界面物性
研究概要

熱測定により,薄膜やナノチャネル水の静的・動的性質の解明に努めた。メゾポーラスシリカMCM-41細孔内で内部水のガラス転移は,細孔径の増大とともに160K,205Kと飛びとびに現れることを見いだした。
無機・有機ハイブリッド結晶[Ni(cyclam)(H_2O)_2]_3(TMA)_2・24H_2O(細孔直径1nm),Co(Hbim)_3TMA・20H_2O(細孔直径1.5nm),Cr(Hbim)_3TMA・20H_2O(細孔直径1.6nm)の熱測定を行い,ナノチャネル水の秩序化とガラス転移挙動を明らかにした。MCM-41と異なって,細孔壁は結晶の周期構造を有し,細孔水はその構造と整合するように低温で秩序構造を形成した。
ナノシート層間水を有する系Na-RUB-18結晶の熱測定を行い,水素結合ネットワークを形成しない水分子が194Kで配向秩序化の相転移を,106Kでガラス転移を示すことを見いだした。
細孔直径が1.1nmのシリカゲル細孔中のメタノール水溶液のエンタルピー緩和測定を行い,高濃度領域の挙動は水本来の水素結合ネットワークを形成しない系の挙動に対応し,非常に希薄な領域で水本来の構造形成が進むとともに,ガラス転移温度は組成とともに急激な変化を示し,純水の値160Kに近づくことを明らかにした。また,MCM-41細孔内に閉じ込めたエチレングリコール水溶液およびヒドロキシルアミン水溶液の熱挙動を追跡し,前者では組成χが小さくなって水の水素結合ネットワークが発達するに従ってT_gが異常に上昇することを,後者では液体-液体相転移の存在を示唆する現象を発見した。
これらの結果から,水は低温で特徴的な水素結合ネットワークを形成し,そのネットワークの発達に応じて構造緩和時間,従ってガラス転移温度に飛びを示すものと理解される。

報告書

(3件)
  • 2007 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2006 実績報告書
  • 研究成果

    (34件)

すべて 2008 2007 2006

すべて 雑誌論文 (22件) (うち査読あり 8件) 学会発表 (12件)

  • [雑誌論文] Thermal Properties of the Water Confined within Nanopores of Silica MCM-412008

    • 著者名/発表者名
      M. Oguni, Y. Kanke, and S. Namba
    • 雑誌名

      AIP Conf. Proc. 982

      ページ: 34-38

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書 2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Glass Transition Behaviors of Ethylene Glycol-Water Solutions Confined within Nano-pores of Silica Gel2008

    • 著者名/発表者名
      A. Nagoe and M. Oguni
    • 雑誌名

      AIP Conf. Proc. 982

      ページ: 185-188

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書 2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ordering and Glass-Transition Behaviors of the Water Confined between the Silica Layers in Na(H)-Rub-182008

    • 著者名/発表者名
      K. Watanabe and M. Oguni
    • 雑誌名

      AIP Conf. Proc. 982

      ページ: 189-191

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書 2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermal Properties of the Water Confined within Nanopores of Silica MCM-412008

    • 著者名/発表者名
      M., Oguni, Y., Kanke, S., Namba
    • 雑誌名

      AIP Conf. Proc 982

      ページ: 34-38

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Glass Transition Behaviors of Ethylene Glycol Water Solutions Confined within Nano-pores of Silica Gel2008

    • 著者名/発表者名
      A., Nagoe, M., Oguni
    • 雑誌名

      AIP Conf. Proc 982

      ページ: 185-188

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Ordering and Glass-Transition Behaviors of the Water Confined between the Silica Layers in Na(H)-Rub-182008

    • 著者名/発表者名
      K., Watanabe, M., Oguni
    • 雑誌名

      AIP Conf Proc 982

      ページ: 189-191

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Glass Transitions of Ordinary and Heavy water within Silica-Gel Nano-pores2007

    • 著者名/発表者名
      M. Oguni, S. Maruyama, K. Wakabayashi, A. Nagoe
    • 雑誌名

      Chemishy-An Asian Journal 2

      ページ: 514-520

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Calorimetric Finding of Phase and Glass Transitions Concerning the Ordering of the Water Located between the Silicate Layers of the Clay Na-Rub-182007

    • 著者名/発表者名
      K. Watanabe and M. Oguni
    • 雑誌名

      Bull. Chem. Soc. Japan 80

      ページ: 1758-1763

    • NAID

      10019847170

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書 2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Glass Transitions of Ordinary and Heavy water within Silica-Gel Nano-pores2007

    • 著者名/発表者名
      M., Oguni, S., Maruyama, K., Wakabayashi, A., Nagoe
    • 雑誌名

      Chemistry An Asian Journal 2

      ページ: 514-520

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Calorimetric Finding of Phase and Glass Transitions Concerning the Ordering of the Water Located between the Silicate Layers of the Clay Na-Rub-182007

    • 著者名/発表者名
      K., Watanabe, M., Oguni
    • 雑誌名

      Bull. Chem. Soc. Japan 80

      ページ: 1758-1763

    • NAID

      10019847170

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Photosensitive Polybenzoxazole Based on A Poly(o-hydroxy amide), A Dissolution Inhibitor, and A Photoacid Generator2007

    • 著者名/発表者名
      T., Ogura, M., Ueda
    • 雑誌名

      J. Polym. Sci. Part-A, Polym. Chem 45

      ページ: 661-668

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Photosensitive Poly(benzoxazole) Based on Poly(o-hydroxy amide), Dissolution Inhibitor, Thermoacid Generator, and Photoacid Generator2007

    • 著者名/発表者名
      T., Ogura, K., Yamaguchi, Y., Shibasaki, M., Ueda
    • 雑誌名

      Polym. J 39

      ページ: 245-251

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Facile Synthesis of Serniaromatic Poly(amic acid)s from trRns-1,4-Cyclohexanediamine and Aromatic Tetracarboxylic Dianhydrides2007

    • 著者名/発表者名
      T., Ogura, M., Ueda
    • 雑誌名

      Macromolecules 40

      ページ: 3527-3529

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Glass Transitions of Ordinary and Heavy water within Silica-Gel Nano-pores2007

    • 著者名/発表者名
      M.Oguni, S.Maruyama, K.Wakabayashi, A.Nagoe
    • 雑誌名

      Chemistry - An Asian Journal 2

      ページ: 514-520

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Structural ordering and ice-like glass transition on cooling the nano-channel water formed within a crystalline framework2006

    • 著者名/発表者名
      K. Watanabe, M. Oguni, M. Tadokoro, R. Nakamura
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Condensed Matter 18

      ページ: 9375-9384

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Galss transition on the development of a hydrogen-bond network in nano-channel ice, and subsequent phase transitions of the ordering of hydrogen atom postitons within the network in [Co(H_2bim)_3](TMA)・20H_2O2006

    • 著者名/発表者名
      K. Watanabe, M. Oguni, M. Tadokoro, Y. Oohata, R. Nakamura
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Condensed Matter 18

      ページ: 9427-9436

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 水のガラス化技法とガラス化温度2006

    • 著者名/発表者名
      渡辺 啓介, 小國 正晴
    • 雑誌名

      冷凍 81

      ページ: 876-880

    • NAID

      10018631871

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要 2006 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Structural ordering and ice-like glass transition on cooling the nano-channel water formed within a crystalline framework2006

    • 著者名/発表者名
      K., Watanabe, M., Oguni, M., Tadokoro, R., Nakamura
    • 雑誌名

      Journal of Physics : Condensed Matter 18

      ページ: 9375-9384

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Glass transition on the development of a hydrogen-bond network in nano-channel ice, and subsequent phase transitions of the ordering of hydrogen atom positions within the network in [Co(H2bim)3](TMA)・20H2O2006

    • 著者名/発表者名
      K., Watanabe, M., Oguni, M., Tadokoro, Y., Oohata, R., Nakamura
    • 雑誌名

      Journal of Physics : Condensed Matter 18

      ページ: 9427-9436

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Methods for Vitrification of Water, and the Glass-Transition Temperature2006

    • 著者名/発表者名
      Keisuke, Watanabe, Masaharu, Oguni
    • 雑誌名

      Reito 81

      ページ: 876-880

    • NAID

      10018631871

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Structural ordering and ice-like glass transition on cooling the nano-channel water formed within a crystalline framework2006

    • 著者名/発表者名
      K.Watanabe, M.Oguni, M.Tadokoro, R.Nakamura
    • 雑誌名

      Journal of Physics : Condensed Matter 18

      ページ: 9375-9384

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Glass transition on the development of a hydrogen-bond network in nano-channel ice, and subsequent phase transitions of the ordering of hydrogen atom positions within the network in [Co(H_2bim)_3](TMA)・2OH_2O2006

    • 著者名/発表者名
      K.Watanabe, M.Oguni, M.Tadokoro, Y.Oohata, R.Nakamura
    • 雑誌名

      Journal of Physics : Condensed Matter 18

      ページ: 9427-9436

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [学会発表] Themal Properties of the Water Confined within Nanopores of Silica MCM-412007

    • 著者名/発表者名
      M. Oguni, Y. Kanke, and S. Namba
    • 学会等名
      The 5th International Workshop on complex Systems
    • 発表場所
      Sendai International Center
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Glass Transition Behaviors of Ethylene Glycol-Water Solutions Confined within Nano-pores of Silica Gel2007

    • 著者名/発表者名
      A. Nagoe and M. Oguni
    • 学会等名
      The 5th International Workshop on complex Systems
    • 発表場所
      Sendai International Center
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Ordering and Glass-Transition Behaviors of the Water Confined between the Silica Layers in Na(H)-Rub-182007

    • 著者名/発表者名
      K. Watanabe and M. Oguni
    • 学会等名
      The 5th International Workshop on complex Systems
    • 発表場所
      Sendai International Center
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] [Cr(H_2bim)_3](TMA)・nH_2O結晶におけるナノ細孔水の低温秩序化とガラス転移2007

    • 著者名/発表者名
      渡辺啓介, 小國正晴, 小林千恵, 田所誠
    • 学会等名
      第43回熱測定討論会
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] メタノール水溶液のガラス転移挙動,第43回熱測定討論会2007

    • 著者名/発表者名
      名越篤史, 菅家康弘, 小國正晴
    • 学会等名
      第43回熱測定討論会
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Thermal Properties of the Water Confined within Nanopores of Silica MCM-412007

    • 著者名/発表者名
      M., Oguni, Y., Kanke, S., Namba
    • 学会等名
      The 5th International Workshop on Complex Systems
    • 発表場所
      Sendai International Center
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Glass Transition Behaviors of Ethylene Glycol Water Solutions Confined within Nano-pores of Silica Gel2007

    • 著者名/発表者名
      A., Nagoe, M., Oguni
    • 学会等名
      The 5th International Workshop on Complex Systems
    • 発表場所
      Sendai International Center
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Ordering and Glass-Transition Behaviors of the Water Confined between the Silica Layers in Na(H)-Rub-182007

    • 著者名/発表者名
      K., Watanabe, M., Oguni
    • 学会等名
      The 5th International Workshop on Complex Systems
    • 発表場所
      Sendai International Center
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Glass transition behavior of methanol-water solutions2007

    • 著者名/発表者名
      Atsushi, Nagoe, Yasuhiro, Kanke, Masaharu, Oguni
    • 学会等名
      The 43rd Japanese Conference on Calorimetry and Thermal Analysis
    • 発表場所
      Sapporo Convention cemter
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Low-temperature ordering and glass transition of the nano-channel water in a crystal Kr(H2bim)31(TMA)-nH2O2007

    • 著者名/発表者名
      Keisuke, Watanabe, Masaharu, Oguni, Chic, Kobayashi, Makoto, Tadokoro
    • 学会等名
      The 43rd Japanese Conference on Calorimetry and Thermal Analysis
    • 発表場所
      Sapporo Convention cemter
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] 低温における水の性質-ガラス転移挙動と相挙動-2006

    • 著者名/発表者名
      小國正晴
    • 学会等名
      大阪大学理工学研究戦略プロジェクト「アクア」シンポジウム
    • 発表場所
      千里ライフサイエンスセンター(大阪)
    • 年月日
      2006-12-22
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Properties of water at low temperatures Glass transition and phase transition behaviors-2006

    • 著者名/発表者名
      Masaharu, Oguni
    • 学会等名
      Osaka University Project "Aquea" Symposium
    • 発表場所
      Semi Life Science Center
    • 年月日
      2006-12-22
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要

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公開日: 2006-04-01   更新日: 2016-04-21  

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