| 研究課題/領域番号 |
19K05200
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分28020:ナノ構造物理関連
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| 研究機関 | 東京理科大学 |
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研究代表者 |
本間 芳和 東京理科大学, 産学連携機構, 教授 (30385512)
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| 研究分担者 |
由井 宏治 東京理科大学, 理学部第一部化学科, 教授 (20313017)
浦島 周平 東京理科大学, 理学部第一部化学科, 助教 (30733224)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2019年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | 構造水 / 疎水性 / 親水性 / グラフェン / 石英 / カーボンナノチューブ / 原子間力顕微鏡 / 和周波発生分光法 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では雰囲気制御原子間力顕微鏡及びヘテロダイン検出和周波発生分光法を用い、シリカなど親水性基板と疎水性のグラフェンやグラファイトなどとの「ヘテロナノ界面」に形成される構造水の構造を明らかにする。「ヘテロナノ界面」は，親水性と疎水性がせめぎ合うナノ空間であり，その中で水がどのような秩序構造を取り得るかは，学術的に大変興味深いトピックスであるだけでなく，ナノ細孔での濡れや流れの制御，摩擦特性の制御においても重要な基礎的知見を与えるものである。
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| 研究成果の概要 |
親水性表面と疎水性表面の間に形成される構造水の構造と機能を明らかにすることを目的とし，疎水性物質としてグラフェンと大気，親水性物質としては非晶質シリカ及びその結晶である石英を用い，これらを組み合わせた界面に存在する水の研究を行った。共鳴レーザ蛍光分光法およびヘテロダイン和周波発生分光法による計測と，分子動力学シミュレーションを用い，基板の親水・疎水性がそれぞれの表面の吸着水の水素結合ネットワークに及ぼす影響を定量的に解明するとともに，これらがバルクの液相とは異なることを明らかにした。また，石英の吸着水は親水基（表面シラノール基）周りに集合してナノ液滴を形成するというモデルを提唱した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
「ヘテロナノ界面」は，親水性と疎水性がせめぎ合うナノ空間であり，その中で水がどのような秩序構造を取り得るかは，学術的に大変興味深いトピックスであるだけでなく，ナノ細孔での濡れや流れの制御，摩擦特性の制御においても重要な基礎的知見を与えるものである。
本研究により，基板の親水・疎水性がそれぞれの表面の吸着水の水素結合ネットワークに及ぼす影響を定量的に解明できた。これら吸着水は，従来考えられていたバルクの氷の構造とは異なるものである。また，実用的には，多成分が添加された実用ガラス表面の水構造がそれぞれの純物質上のそれの足し合わせで表現できないという点で，材料科学的にも重要な結果を得た。
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