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1次元リボン状氷の構造と物性:楕円筒形カーボンナノチューブを用いた研究

研究課題

研究課題/領域番号 18K13518
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分13040:生物物理、化学物理およびソフトマターの物理関連
研究機関神奈川大学

研究代表者

客野 遥  神奈川大学, 工学部, 准教授 (10746788)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2020年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2019年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2018年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
キーワードナノ氷 / 水 / カーボンナノチューブ / ナノサイエンス / プロトン輸送 / 誘電体 / 水のナノサイエンス / 物性実験 / ナノチューブ
研究成果の概要

本研究では、チューブ軸に垂直な一軸方向の外力により変形させた単層カーボンナノチューブ(SWCNT)に内包された水の物性を分子動力学計算によって調べた。その結果、十分につぶれて扁平化したSWCNTにおいて、低温で新規な氷結晶(リボン状の氷)が形成されることを見出した。リボン状氷ではプロトンの配向が秩序化しており、SWCNTの長さ方向に並ぶ水分子鎖の本数によって誘電特性を制御可能である。また、リボンのエッジ(端)構造に沿った特異なプロトン輸送が起こることが示された。これらの新規な物性は、リボン状氷がチューブ軸に垂直な方向に有限の幅をもつことに由来している。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、SWCNTの空洞形状を変化させることにより、内包水の構造、ダイナミクス、誘電特性、プロトン輸送特性などを制御可能であることを示した。リボン状氷は、二次元氷を帯状に切り出したような構造であり、そのエッジ(端)では水分子の水素結合が遮断される。この端構造に由来して特異な物性を発現する。本研究の成果は、新たなナノ流体デバイス、プロトン伝導体、およびナノ誘電体デバイスの創製などに繋がることが期待される。

報告書

(5件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2022 2021 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] 制限ナノ空間における水の物性2022

    • 著者名/発表者名
      客野 遥
    • 雑誌名

      日本物理学会誌

      巻: 77 号: 4 ページ: 215-221

    • DOI

      10.11316/butsuri.77.4_215

    • ISSN
      0029-0181, 2423-8872
    • 年月日
      2022-04-05
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Ice Nanoribbons Confined in Uniaxially Distorted Carbon Nanotubes2018

    • 著者名/発表者名
      Haruka Kyakuno, Hiroto Ogura, Kazuyuki Matsuda, and Yutaka Maniwa
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 122 号: 32 ページ: 18493-18500

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.8b04289

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Proton transport through ice nanoribbons2021

    • 著者名/発表者名
      H. Kyakuno, H. Ogura, K. Matsuda, Y. Maniwa
    • 学会等名
      11th LIQUID MATTER CONFERENCE 2020/2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 一次元リボン状氷のプロトン輸送2020

    • 著者名/発表者名
      客野遥, 小倉宏斗, 松田和之, 真庭豊
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] カーボンナノチューブの内部空洞における水輸送2020

    • 著者名/発表者名
      小倉宏斗, 客野遥,松田和之, 真庭豊
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] つぶれたカーボンナノチューブに内包された水の構造とダイナミクスIV2019

    • 著者名/発表者名
      客野遥, 小倉宏斗, 松田和之, 真庭豊
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 形状を変化させたカーボンナノチューブ内の水II2019

    • 著者名/発表者名
      小倉宏斗,客野遥,松田和之, 真庭豊
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] つぶれたカーボンナノチューブに内包された水の構造とダイナミクスIII2019

    • 著者名/発表者名
      客野遥, 小倉宏斗, 松田和之, 真庭豊
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 形状を変化させたカーボンナノチューブ内の水2019

    • 著者名/発表者名
      小倉宏斗, 客野遥, 松田和之, 真庭豊
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] つぶれたカーボンナノチューブに内包された水の構造とダイナミクスII2018

    • 著者名/発表者名
      客野遥, 小倉宏斗, 松田和之, 真庭豊
    • 学会等名
      日本物理学会2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Water confined inside carbon nanospace2018

    • 著者名/発表者名
      H. Kyakuno
    • 学会等名
      International Symposium on Water on Materials Surface 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2023-01-30  

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