| 研究課題/領域番号 |
22K04866
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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 | 神奈川大学 |
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研究代表者 |
松田 和之 神奈川大学, 工学部, 教授 (60347268)
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| 研究分担者 |
緒方 啓典 法政大学, 生命科学部, 教授 (10260027)
真庭 豊 神奈川大学, 付置研究所, 客員教授 (70173937)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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| キーワード | カーボンナノチューブ / 吸着 / アルカン / NMR / ナノ細孔 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ナノメートルスケールの空間に閉じ込められた分子の集団は、通常のバルク状態からは予測できない挙動や構造を示す。単層カーボンナノチューブは原子レベルで一様な円筒型のナノ空洞を有し、そのようなナノ空間内の分子の挙動を解明するうえで有効な物質である。本研究では直鎖状アルカンの挙動と構造がカーボンナノチューブ直径やアルカン鎖長にどのように依存するのかを、核磁気共鳴実験、x線回折実験、示差走査熱量測定、計算機シミュレーションにより調べる。
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| 研究実績の概要 |
単層カーボンナノチューブは１枚のグラフェンシートを丸めた筒状物質であり、その内部に原子レベルで囲まれた直径が数ナノメートルの空洞をもっている。通常、単層カーボンナノチューブは数十本から数百本が凝集して2次元3角格子を構成することで１本のバンドルとして存在している。このようなナノメートルスケールで形状が制御された空間内部の分子集団は、通常のバルク状態とは異なるが挙動や構造を示すことが知られている。本研究課題では単層カーボンナノチューブに直鎖状アルカンを吸着させ、その直鎖状アルカンが示す分子ダイナミクス、構造、および相転移挙動がアルカンの分子サイズの違いで、どのように変化するのかを、核磁気共鳴実験、x線回折実験、示差走査熱量測定、古典分子動力学シミュレーションの手法を用いて調べている。本年度は、昨年度に引き続き平均直径1.3ナノメートルの単層カーボンナノチューブ試料に、n-ヘキサン（炭素原子数6）とn-デカン（炭素原子数10）の２種類の直鎖状アルカンを吸着させた試料について実験を行った。n-ヘキサンとn-デカンのそれぞれについて、室温で吸着量を系統的に変化させた試料の核磁気共鳴実験とx線回折実験を行った結果、吸着量が少ないときには優先的にカーボンナノチューブ内部に吸着され、ナノチューブ内部の充填率がほぼ100％に到達した後、カーボンナノチューブのバンドル表面に吸着されることがわかった。また、バンドル表面にn-ヘキサンを吸着させた試料に、さらに追加でn-デカンを吸着させたところ、バンドル表面に直接吸着している第１層目のn-ヘキサンはn-デカンに置き換わることがわかった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
単層カーボンナノチューブのバンドル表面にn-ヘキサンとn-デカンの両方を吸着させた場合に、バンドル表面の第１層目にn-デカンが吸着され、n-ヘキサンはバンドル表面から離れた状態で吸着されることなど、アルカンの吸着状態に関していくつかの新しい知見が得られた。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度に引き続き、核磁気共鳴実験、x線回折実験、示差走査熱量測定、古典分子動力学シミュレーションの手法を用いて、単層カーボンナノチューブに吸着した直鎖状アルカンの構造を調べる。特にこれまで重点的に実験を行ってきたn-ヘキサンとn-デカンに加え、n-ドデカン（炭素原子数12）やn-テトラデカン（炭素原子数14）などの分子サイズのより大きなアルカンについても実験を行い、単層カーボンナノチューブバンドルへの吸着構造や挙動が分子サイズに依存してどのように変化するのかを調べる方針である。
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