結晶構造の研究教育支援のための球体穿孔装置の開発

开发球形钻孔装置以支持晶体结构的研究和教育

• 批准号: 25909057
• 负责人: 佐藤 徹哉
• 金额: $ 0.19万
• 依托单位: Kumamoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Scientists
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2014-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-25909057/
• 关键词: 球体穿孔装置; 結晶構造模型; 分子模型

○研究目的 : 化学ならびに材料科学分野において結晶構造や分子構造により特性が大きく変化することから、物質の原子レベルでの立体的な構造を理解することは非常に重要である。しかし、初学者にとって複雑な構造を紙面の二次元的な情報だけで理解することは非常に困難である場合が多い。ここで物質の構造を正確に表現した模型を利用すれば、容易に構造の理解を促すことができ、研究者レベルにおいても構造に起因する現象を考察する場合には非常に有効である。基本的な構造の模型キットは市販されているが、一概に高価でありまた複雑な構造や歪んだ結晶構造には対応できないことが多く、応用展開は不向きある。そこで、無垢の球体を用いて多種多様な模型を作製できるよう球体穿孔装置を開発し、様々な結晶構造模型を作製することを目的としている。○研究方法 : 球体穿孔装置の構成として、球体を固定するためのチャックと角度調整のための回転軸機構を製作し、これを市販の卓上ボール盤に付属させた。模型用材料として、原子を表現する球体には色付きのアクリル球(Sφ12,20)を採用し、結合を表現する連結棒にはスチロール樹脂製の丸棒(φ2, φ3)を用いた。結晶構造描写ソフトを使用して結合角などを算出し、ダイヤモンドやリモネンなど、様々な模型を作製した。○研究成果 : 本装置を用いることで自由度の高い模型の作製が可能である。単位格子を拡張させたダイヤモンドの結晶構造模型では単位格子部分のみ球体の色を変化させ、また光学異性体のリモネンでは不斉炭素部分の球体の色をL体およびD体でそれぞれ変化させた模型を作製した。これにより、視覚的に容易に構造を理解把握できる。またユーザー自身で模型を作製する場合、まず構造を調べて必要な加工の手順を考え、そして加工し模型を組み立て観察する、この工程を経験することで、より構造の理解を深められることが期待できる。

○研究目标：在化学和材料科学领域，了解原子水平的材料的三维结构非常重要，因为它们的性质会根据晶体结构和分子结构而发生巨大变化。但是，对于初学者来说，通常很难使用论文上的二维信息来理解复杂的结构。使用准确表达材料结构的模型可以轻松地鼓励理解结构，并且在考虑由结构引起的现象时在研究人员的水平上非常有效。尽管具有基本结构的模型套件在商业上可用，但通常昂贵，通常无法容纳复杂或扭曲的晶体结构，因此它们不适合应用程序开发。因此，目的是开发球形穿孔装置，以便可以使用固体球制成各种模型，并生产各种晶体结构模型。 ○研究方法：作为球形穿孔装置的结构，用于固定球体的chuck和用于调节角度的旋转轴机构，并将其连接到市售的桌面钻机上。作为模型材料，将彩色的丙烯酸球（Sφ12，20）用于代表原子的球体，并将由样式树脂制成的圆棒（φ2，φ3）用于代表键的连接杆。使用晶体结构划定软件计算结合角和类似物，以创建各种模型，例如钻石和柠檬烯。 ○研究结果：使用此设备使制造高度灵活的模型成为可能。在具有延长晶胞的钻石的晶体结构模型中，球的颜色仅在单位细胞部分中更改，在光学异构体柠檬烯中，分别用不对称碳部分的颜色与L和D部分更改了球体。这可以简单地视觉理解结构。此外，在自己创建模型时，可以预期，首先检查结构，考虑必要的加工步骤，然后组装并观察模型，此过程将导致您对结构的理解加深。

项目成果

結晶および分子模型用の球体穿孔機の製作とその活用について

关于晶体、分子模型球形钻孔机的生产和使用

• 发表时间: 2014
• 作者: 佐藤 徹哉