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2019 年度 実績報告書

垂直配向カーボンナノチューブ膜を用いた1次元ナノ空間における物質輸送機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 18K18994
研究機関東京工業大学

研究代表者

松本 英俊  東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (40345393)

研究分担者 林 靖彦  岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (50314084)
研究期間 (年度) 2018-06-29 – 2020-03-31
キーワード一次元ナノ空間 / 水輸送チャネル / カーボンナノチューブ / スリップ・フロー / 分離膜
研究実績の概要

本研究の目的は、垂直配向カーボンナノチューブ(CNT)/高分子複合膜を用いて、CNT内の水透過挙動に与える温度の影響を詳細に調査することによって、CNT内部空間における水輸送メカニズムの解明に挑戦することである。
前年度までに、圧力勾配下(圧力差 0.1 MPa)における垂直配向CNTアレイ/高分子複合膜の透水流束の温度依存性を体系的に調査することによって、室温付近の温度域において活性化エネルギーの異なる複数の透水モードが現れることをはじめて報告してきたが、本年度は、高圧力勾配下(圧力差0.5 MPa)や有機溶媒(n-ヘキサン)中における垂直配向CNTアレイ/高分子複合膜の透過流束の温度依存性を調べた。その結果、これらの系では同じ温度域において、透過流束の活性化エネルギーは一定であり、転移現象は現れなかった。この結果は、CNT複合膜の透過挙動における特異な温度依存性が水に特有なものであり、さらに圧力勾配の影響を受けることを示している。
さらに、これまでに得られた垂直配向CNTアレイ/高分子複合膜の透水実験の結果を用いて、ナノスケール空間で理論的に予測されてる低摩擦流(スリップ・フロー)の影響を考慮した流体モデルを用いた解析を行ったところ、低摩擦流の影響は、高温・高圧力勾配下において顕在化することが見出された。
以上の結果は、室温付近ではナノチューブ内の壁面近傍において水分子の運動性が制限されている可能性を示唆している。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件)

  • [国際共同研究] パリ・サクレー大学(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      パリ・サクレー大学
  • [学会発表] Water permeation behavior thorough vertically-aligned carbon nanotube array/polymer composite membranes: effect of temperature2019

    • 著者名/発表者名
      Hidetoshi Matsumoto, Shiho Shirahama, Shaoling Zhang, Akito Saeki, Minoru Ashizawa, Hirotaka Inoue, Yasuhiko Hayashi, Shuji Tsuruoka
    • 学会等名
      ACS Fall 2019 National Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] 垂直配向カーボンナノチューブアレイ/高分子複合膜の作製と液体透過挙動2019

    • 著者名/発表者名
      佐伯章斗, 張紹玲, 白濱志帆, 芦沢実, 井上寛隆, 林靖彦, 松本英俊
    • 学会等名
      2019年度繊維学会年次大会
  • [学会発表] 垂直配向カーボンナノチューブアレイ/高分子複合膜の作製と液体透過挙動2019

    • 著者名/発表者名
      佐伯章斗, 張紹玲, 白濱志帆, 芦沢実, 井上寛隆, 林靖彦, 松本英俊
    • 学会等名
      ナノファイバー学会第9回年次大会

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公開日: 2021-01-27  

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