ナノスケール低次元構造水の相転移と物性の解明
【研究分野】ナノ構造物理
【研究キーワード】
水分子 / 相図 / 相転移 / カーボンナノチューブ / グラフェン / 熱力学 / 相転移ダイナミクス / 統計力学
【研究成果の概要】
単層ナノチューブ（CNT）の内部や外表面、グラフェンやシリカ表面に形成されるナノスケールの低次元構造の水分子の集合体に着目し、これらの特異な水素結合構造、相転移現象および相図（圧力－温度）を実験と理論によりに研究した。CNTの内外で水分子が特異な吸着構造をとり、相図や融点、水分子の運動の自由度がバルク水とは大いに異なることを明らかにした。グラフェンの表面では2層構造の吸着水が形成され、第1層目は、主として4員環構造からなる水素結合ネットワークを有するのに対し、2層目は無秩序構造であることが分かった。
【研究の社会的意義】
物質表面やナノスケール空間における水分子の役割・機能は重要であるが、その構造や物性理解に必要不可欠な相図（圧力－温度）が明らかになっていなかった。本研究では、単層ナノチューブの内部や外表面、グラフェン表面等に形成されるナノスケールの低次元（1～2次元）構造の水分子の集合体に対して、分子レベルの構造を明らかにするとともに、特異な相転移現象および相図を解明した。これは、物質表面の水の新しい学理を先導する成果である。
【研究代表者】