| 研究課題/領域番号 |
18H01936
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
小松 一生 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (50541942)
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| 研究分担者 |
町田 真一 一般財団法人総合科学研究機構(総合科学研究センター(総合科学研究室)及び中性子科学センター(研究開発, 中性子科学センター, 研究員 (30554373)
則竹 史哉 山梨大学, 大学院総合研究部, 特任助教 (50755569)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 氷 / 高圧 / 中性子回折 / 積層不整 |
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| 研究実績の概要 |
立方晶氷(ice Ic)は、通常の氷である六方晶氷(ice Ih)を除けば、地球圏内で唯一天然に産する氷であり、宇宙空間にも普遍的に存在する可能性の高い重要な氷の多形の一つである。一方で、これまで合成されたice Icには全て例外なく積層不整があり、完全なice Icの存在は未だ確認されていない。本研究では、世界で初めて積層不整のない完全なice Icを合成し、このice Icを基軸として新たな氷の物理化学を開拓することを目的とする。
2018年度は、中性子回折用温度・圧力調整システム（通称Mito system)を用いて、積層不整のない氷Icの鋳型となる水素ハイドレート(C2)を合成し、これを低温で脱圧、さらに真空下におくことで、C2からの脱水素、すなわちice Icの合成に世界で初めて成功した。また、得られたice Icの中性子回折パターンをリートベルト解析することにも成功しており、通常のice Ihと結晶構造の比較を行った。さらに、得られたice Icの常圧での熱的安定性を確認したところ、240 Kもの高温まで準安定相として存在できることが明らかになった。この成果は、今後ice Icを基軸とした新たな氷の物理化学を進める上で、極めて重要な進展である。例えば、通常のice Ihでは、100 K以下程度で加圧することで、高密度アモルファス氷が生成するが、ice Icでも同様のアモルファス状態となるのか、また、ice Icを経由して種々のガスハイドレートを形成できるのか、等、多種多様な問題が提起できる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本研究の出発点である、積層不整のない氷Icの合成に世界で初めて合成した。この成果は氷研究におけるマイルストーンになりうる、非常に大きな学術的意義を持つ成果である。氷Icを基軸として、水素貯蔵材料としての材料科学的な側面から、宇宙に存在する可能性のある氷としての側面など、他分野の研究領域に影響を及ぼすインパクトのある研究成果といえる。今後新たな氷の物理化学を進展していくうえで、最も重要な成果であるため、当初の計画以上に進展していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
昨年度合成に成功した氷Icを基軸として、水素ガスの再吸着実験や熱分析実験を行い、水素ハイドレートと氷Icとの間の熱力学的な相関係を明らかにする。また、氷Icを出発物質にして、低温で高圧にすることでアモルファス状態に相変化させることで、氷Ihからできるアモルファス状態と比較する。これらの比較を通して、なぜ氷Icが通常の方法では生成されないのか、基礎的な知見を得たい。また材料としての氷Icの利用についても検討していく方策である。
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