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本年度に於いて申請者はナノ制限空間を極限環境の対象とし、以下の研究成果を得た。
(1) カーボンナノチューブ(CNT)内部のナノ制限空間に於いて、CNTの内径に依存してTeが構造相転移を示す事をTEM観察により明らかとした。即ち、内径1.7 nm以下のCNT内部ではTeは常温常圧かつ空間的制限のない環境に於いて安定な螺旋状分子鎖ではなく直鎖状の構造を示す。これに対して内径1.7 nm以上のCNT内部ではTeは螺旋状分子鎖がファンデアワールス力で凝集した六方晶系の結晶として内包される。CNT内部に於いて直鎖状分子が安定に存在することは、TeとCNT内壁とのファンデアワールス相互作用によりこの構造が安定化される事に起因すると考えられる。また、このTeとCNT内壁との相互作用がCNTの内径が増すにつれ減少する事から、太い内径のCNTではTeは六方晶結晶を形成する螺旋状分子鎖として内包されると考えられる。
(2) 内径径1.2 nmのCNT内部に水が内包される事を100 Kに於いてTEM及びこれに付属するEELSによりCNTを直接分析する事で初めて実験的に明らかにした。また内径1.5 nmのCNT内部には室温に於いてラマン分光分析によって水の内包が示唆される結果を得たものの、100 Kに於けるEELS分析からは水由来の信号は得られなかった。これはCNTの内径に依存して生じるdry-wet相転移を実験的にとらえた結果と考えられる。
これら本年度に得られた知見と併せて研究期間内に研究代表者はナノ制限空間に於いては制限空間を形成するホスト物質と内部に導入されるゲスト物質のファンデルワールス相互作用がゲスト物質の構造等に無視できない影響を与える事を明らかにした。これらは今後このようなナノ制限空間を利用したナノデバイスを開発する際その理論的な設計に極めて重要な知見を与えるものである。
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