| 研究課題/領域番号 |
20K20359
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| 補助金の研究課題番号 |
18H05343 (2018-2019)
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| 研究種目 |
挑戦的研究(開拓)
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| 配分区分 | 基金 (2020)
補助金 (2018-2019) |
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| 審査区分 |
中区分28:ナノマイクロ科学およびその関連分野
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| 研究機関 | 金沢大学 |
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研究代表者 |
新井 豊子 金沢大学, 数物科学系, 教授 (20250235)
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| 研究期間 (年度) |
2018-06-29 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
25,870千円 (直接経費: 19,900千円、間接経費: 5,970千円)
2020年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
2019年度: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円)
2018年度: 9,490千円 (直接経費: 7,300千円、間接経費: 2,190千円)
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| キーワード | ナノ水膜 / 水固体界面 / 周波数変調原子間力顕微鏡 / 準液体性 / 固液界面 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
研究代表者は、固体基板上のナノメータ厚の水膜が、水バルクとは異なり、固液界面で固体的な秩序構造・硬さ（準液体性）を示すことを発見した。本研究では、この様な水膜を「ナノ水膜」と名付け、ナノ水膜の構造および特性を、独自開発の大気型周波数変調原子間力顕微鏡/走査型トンネル顕微鏡を用いて調べる。さらに、準液体性を有効に活かし、ナノ水膜内の固体表面に1原子レベルで結合・解離反応を誘起するなど「ナノ水膜内の科学技術」を開拓する。ナノ水膜内の科学技術研究は、最も身近な「水」を、準液体性という未解明な側面から研究する挑戦的な研究であり、水が関係する種々の未解明問題解決に貢献する。
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| 研究成果の概要 |
大気中の水蒸気から固体表面上に吸着した数ナノメータ厚の水膜は、水バルク（液相）とは異なる性質を持つ。この数ナノメータ厚の水膜を「ナノ水膜」と名付けた。周波数変調原子間力顕微鏡（FM-AFM）を用いて、ナノ水膜／固体界面の観察・解析を行い以下の結果を得た。ナノ水膜内では、ナノ水膜厚が薄いほど、水和層間隔は狭く、水分子およびイオンの移動度は低く、よって、通常の飽和溶液／固体界面で頻繁に起こっている溶解析出反応は抑制される。しかし、ナノ水膜で被われたKBr結晶表面を探針で加圧するとKBrが一原子毎に溶解し、圧力がなくなると瞬時に同じ場所に析出する。ナノ水膜中でのみ発現する力学的触媒作用を発見した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
大気中には水蒸気が含まれ、多くの固体表面には水が吸着している。固体表面上の水膜は、種々の表面反応を促進させたり失活させたりし、時には邪魔者とされてきた。大気中の水蒸気から固体表面上に吸着したナノ水膜は、水（液相）とも異なる性質を持つ。本研究では、ナノ水膜の準液体性を研究し、さらにその特異性を活用するナノ水膜内の科学技術の開拓をめざした。FM-AFM探針による力学的触媒作用により、原子レベルの反応制御ができる可能性を示した。原子レベルの液中反応を誘起してナノ構造を創成するなど、資源利用効率の向上を通じて社会の持続可能性向上に寄与することが期待される。
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