| 研究課題/領域番号 |
21K14500
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分28030:ナノ材料科学関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 |
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研究代表者 |
寺澤 知潮 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究職 (90772210)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 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 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
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| キーワード | グラフェン / 水素イオン / 同位体効果 / プロトン / 水素 / 同位体 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
炭素原子のハニカム格子からなる単原子厚さの物質であるグラフェンを水素イオンが透過する際には、軽水素イオンと重水素イオンの透過能が異なる同位体効果が報告されている。これはグラフェンが水素イオン同位体の分離膜として機能する可能性を示している。しかし、水素イオンがグラフェンのどこをどのように透過するかはわかっていない。そこで本研究では真空中で低速の水素イオンをグラフェンに照射することで、水素イオンがグラフェンを透過する素過程のみを取り出してその機構を解明する。本研究の成果は効率的な水素イオン同位体分離膜を作製するための指針を示すと期待できる。
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| 研究成果の概要 |
炭素原子六員環からなる原子一枚のシートであるグラフェンを水素イオンが透過する際に、軽水素イオンよりも重水素イオンの透過が遅いという同位体効果が知られている。そのメカニズムの解明のために、グラフェンに真空中で低速の水素イオンを照射するという研究手法を提案し、低速水素イオン照射装置の開発に取り組んだ。その結果、グラフェンへの低速かつエネルギー分解能の良い水素イオン照射装置の開発およびグラフェンを透過した水素イオンの検出に成功した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
グラフェンにおける水素イオン透過の同位体効果は、軽水素イオンと重水素イオンの分離膜の開発に重要である。しかし、分離能を決定的に左右する水素イオン透過メカニズムについては分かっていない点も多い。本研究で開発した低速水素イオン照射装置を用いることで、グラフェンの水素イオン透過機構の解明に新たなアプローチで取り組むことができ、学術的意義があるだけでなく、重水素イオンの分離膜の創製につながる社会的な意義がある。
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