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2012 年度 実績報告書

超高感度熱測定による物質科学の新展開

研究課題

研究課題/領域番号 21245003
研究機関千葉大学

研究代表者

西川 恵子  千葉大学, 融合科学研究科(研究院), 教授 (60080470)

研究期間 (年度) 2009-04-01 – 2013-03-31
キーワード超高感度熱量測定 / Raman散乱 / 相転移 / 構造緩和 / 核磁気共鳴 / 緩和時間 / コンフォメーション変化 / ダイナミクス
研究概要

「相変化に伴う熱現象」と「2種の液体や超臨界流体の混じり合いによって起こる熱現象」に分けて纏める。
(1) イオン液体は様々な特異的な熱物性を示す。これまで、イオン液体を構成する代表的カチオンであるイミダゾリウム系を試料として、超高感度熱測定と熱・Raman散乱の同時測定から、相転移とそれに連動して起こる立体配座の変化の解明を中心テーマとしてきた。昨年度より、NMRの緩和時間測定も精力的に行い、カチオンを構成する個々の原子の動きがどのように相変化を引き起こすかをダイナミクスの観点からも明らかにした。構成イオンの極性の高い部分と非極性部分の動的挙動が大きく異なり、このアンバランスなダイナミクスがイオン液体の相挙動を複雑にしていることが明らかになった。今年度は、さらに低磁場NMR 装置における19F(質量数19のF)用のプローブをメーカと共に開発し,イオン液体のアニオンの主な構成元素であるFの緩和時間測定を可能とした。これにより,アニオンの動的挙動が相挙動に及ぼす過程を観測する道が開けた。これまでのカチオンのダイナミクスと熱挙動の議論をさらにアニオンのダイナミクスも含めることが出来るようになり、イオン液体の熱挙動に対する理解が大きく進んだ。
[C4mim]Brを試料とした超高感度熱測定で、その結晶化挙動で始めて発見した新規な現象(ガラス状態->ソフト化->結晶化)は、相変化時に立体配座の変化を伴っている他のイオン液体でも共通にみられる現象であることを示した。
(2) 2つの液体を混ぜると、その相互作用により熱の出入りが観測される。混合する量を無限少にしていくことにより(微分的熱力学)、1分子と周囲とのエネルギー的相互作用を明らかにできる。エチルアルコール及びジメチルスルフォキシドの水溶液系に適用し、水と有機物との相互作用の典型である疎水性及び親水性を定量的に表した。

現在までの達成度 (区分)
理由

24年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

24年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 9件) 学会発表 (6件) 図書 (1件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] A comparative study of the rotational dynamics of PF6- anions in the crystals and liquid states of 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate : Results from 31P NMR spectroscopy2013

    • 著者名/発表者名
      Takatsugu Endo, Hiroki Murata, Mamoru Imanari, Noriko Mizhisima, Hiroko Seki, Sabyasachi Sen, and Keiko Nishikawa
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. B

      巻: 117 ページ: 326_332

    • DOI

      10.1021/jp310947c

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 西川恵子2013

    • 著者名/発表者名
      イオン液体のユニークな熱物性
    • 雑誌名

      J. Vac. Soc. Jpn. (日本真空学会誌「真空」)

      巻: 56 ページ: 46-53

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cation and Anion Dynamics in Supercooled and Glass States of the Ionic Liquid 1-Butyl-3-methylimidazolium Hexafluorophosphate: Results from 13C, 31P, and 19F NMR spectroscopy2012

    • 著者名/発表者名
      Takatsugu Endo, Scarlett Widgeon, Ping Yu, Sabyasachi Sen and Keiko Nishikawa
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 85 ページ: 054307-1 ~ -9

    • DOI

      10.11103/PhysRevB.85.054307

    • 査読あり
  • [雑誌論文] NMR Study of Cation Dynamics in Three Crystalline States of 1-Butyl-3-Methylimidazolium Hexafluorophosphate Exhibiting Crystal Polymorphism2012

    • 著者名/発表者名
      Takatsugu Endo, Hiroki Murata, Mamoru Imanari, Noriko Mizushima, Hiroko Seki, Keiko Nishikawa
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. B

      巻: 116 ページ: 3780-3788

    • DOI

      10.1021/jp300636s

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ultraslow Dynamics at Crystallization of a Room-Temperature Ionic Liquid, 1-Butyl-3-methylimidazolium Bromide2012

    • 著者名/発表者名
      Mamoru Imanari, Kozo Fujii, Takatsugu Endo, Hiroko Seki, Ken-ichi Tozaki, Keiko Nishikawa
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. B

      巻: 116 ページ: 3991-3997

    • DOI

      10.1021/jp300722j

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamical scaling analysis using the Lillie Number for vitrification of deeply supercooled glycerol2012

    • 著者名/発表者名
      Kalyan Sou, Keiko Nishikawa, Yoshikata Koga, Ken-ichi Tozaki
    • 雑誌名

      J. Non-Crystalline Solids

      巻: 358 ページ: 1313-1318

    • DOI

      10.1016/j.imoncrysol.2012002.036

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of ethanol and dimethylsufoxide on the molecular organization of H2O as probed by 1-propanol2012

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Morita, Peter Westh, Keiko Nishikawa, Yoshikata Koga
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. B

      巻: 116 ページ: 7328-7333

    • DOI

      10.1021/jp303619q

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Small-angle X-ray Scattering Measurements of Ionic Liquids pressurized with Carbon Dioxide Using High–Pressure Titanium Sample Holder: 1-Butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl) Amide Mixtures up to 22 MPa2012

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Morita, Masayoshi Ushio, Kaori Kanoh, Eiichi Tanaka and Keiko Nishikawa
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys.

      巻: 51 ページ: 076703-1 ~ 6

    • DOI

      10.1143/JJAP.51.076703

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Small-angle X-ray scattering study on the fluctuations of supercritical aqueous solution of n-pentane along the critical isotherm of water2012

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Morita, Hiromi Murai, Syunsuke Kase, Keiko Nishikawa
    • 雑誌名

      Chem. Phys. Lett.

      巻: 543 ページ: 68-71

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2012.06.009

    • 査読あり
  • [学会発表] アミドアニオンの立体配座変化によるイオン液体の相挙動への影響2012

    • 著者名/発表者名
      藤井幸造、今成司、遠藤太佳嗣、西川恵子
    • 学会等名
      イオン液体討論会
    • 発表場所
      那覇
    • 年月日
      20121207-20121208
  • [学会発表] NMRによる1-alkyl-3-methylimidazolium bromideの相転移と分子運動との関連性に関する研究2012

    • 著者名/発表者名
      日高 佑樹, 今成 司, 水島 規子, 関 宏子, 西川 恵子
    • 学会等名
      イオン液体討論会
    • 発表場所
      那覇
    • 年月日
      20121207-20121208
  • [学会発表] Study of Thermal Phase Behavior for an Ionic Liquid by High Sensitive DSC2012

    • 著者名/発表者名
      N. Okubo, K. Shibata, T. Endo, and K. Nishikawa
    • 学会等名
      NATAS (North American Thermal Analysis Society)
    • 発表場所
      Orland, Florida, USA
    • 年月日
      20120810-20120812
  • [学会発表] NMR study on Slow Phase Change of Ionic Liquid including 1-butyl-3-methylimidazolium cation2012

    • 著者名/発表者名
      Kozo Fujii, Mamoru Imanari, Hiroko Seki, Keiko Nishikawa
    • 学会等名
      EUROMA (European Magnetic Resonance Meeting)
    • 発表場所
      Dablin, Ireland
    • 年月日
      20120701-20120705
  • [学会発表] NMR Study on Anomalous Phase Transition of 1,3-Dimethyl- imidazolium bis(pentafluoroethylsulfonyl)amide2012

    • 著者名/発表者名
      Mamoru Imanari, Kozue Miyano, Hiroko Seki, Keiko Nishikawa
    • 学会等名
      EUROMA (European Magnetic Resonance Meeting)
    • 発表場所
      Dablin, Ireland
    • 年月日
      20120701-20120705
  • [学会発表] NMR Study on Phase Transitions and Molecular Dynamics of 1-Alkyl- 3-methylimidazolium Bromide2012

    • 著者名/発表者名
      Noriko Mizushima, Yuki Hidaka, Eiji Usami, Mamoru Imanari, Keiko Nishiakawa, Hiroko Seki
    • 学会等名
      EUROMA (European Magnetic Resonance Meeting)
    • 発表場所
      Dablin, Ireland
    • 年月日
      20120701-20120705
  • [図書] イオン液体の科学 ー新世代液体への挑戦ー2012

    • 著者名/発表者名
      西川恵子、大内幸雄、伊藤敏幸、大野弘幸、渡邉正義 編
    • 総ページ数
      374 頁
    • 出版者
      丸善出版
  • [備考] 西川研究室 構造化学研究室

  • [備考] http://stchem.phys.s.chiba-u.ac.jp/index.html

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公開日: 2014-07-24  

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