簡単なファンデアワールス分子気体のガラス化の試み

尝试玻璃化简单的范德华分子气体

基本信息

批准号：
20654039
负责人：
小國正晴
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20654039/
关键词：
化学物理物化実験分子性固体低温物性熱力学

项目摘要

極端に簡単なファンデアワールス分子においてガラス状態を実現し,その構造や性質を解明することはガラス状態,ガラス転移の本質に迫る上で非常に重要であり,多くの科学者が描く夢の一つである。本研究では,窒素等の簡単な分子を数nmの細孔内に閉じ込め,まずガラス状態を実現し,ガラス転移の熱的性質を実験的に解明することの方途を探ることを目的とした。まずは細孔剤の合成を進めた。一般に細孔径の均一なものが作り易いシリカMCM-41を取り上げ,細孔直径1〜4nmの合成に成功したが,それ以上では難しかった。クライオスタットとして,最初に冷凍機内蔵型のものを用いて気体分子の凝縮を試みた。試料導入管を通して外部から熱が入るために,また冷凍機の振動のために,試料容器の温度としては20Kを達成するのが限界であった。窒素およびキセノンをそれぞれの液体温度領域で試料容器内に導入し,温度を下げた後に熱測定を行った。直径が2nm以上では冷却時に結晶化するのが観測された。直径が1nmの場合には結晶化と融解の挙動は見られなかったが,ガラス化の現象も見られず,液体のままにあるか,あるいは細孔壁構造に支配された固体状態にあるかは結論できなかった。より低温を安定に実現することが必要である。現在は,液体窒素と液体ヘリウムを寒剤とするクライオスタットを利用し,試料導入管を設置することに努めている。1nmから2nmの細孔直径をもち,その細孔分布が極めて小さい細孔剤MCM-41の作り分けも重要になる。本研究から,これらの改善により,窒素やキセノンの細孔内ガラス化挙動の熱的解明が可能になることが見いだされたものと結論される。

实现极其简单的范德华分子中的玻璃态并阐明其结构和性质对于理解玻璃态和玻璃化转变的本质极其重要，是许多科学家的梦想之一。这项研究的目的是首先通过将氮等简单分子限制在几纳米大小的孔隙中来实现玻璃态，并探索通过实验阐明玻璃化转变热性质的方法。首先，我们进行了孔隙剂的合成。使用通常容易生产且孔径均匀的二氧化硅MCM-41，我们成功地合成了孔径为1至4 nm的孔，但合成直径大于此的孔是困难的。我们首先尝试使用带有内置冰箱的低温恒温器来冷凝气体分子。由于外界热量通过进样管进入以及冰箱的振动，样品容器的温度只能达到20 K。在每个液体温度范围内将氮气和氙气引入样品容器中，并在温度降低后进行热测量。当直径为2nm以上时，冷却时观察到结晶。当直径为1 nm时，没有观察到结晶和熔化行为，但也没有观察到玻璃化现象，表明材料保持液态还是以孔壁结构为主的固态。有必要稳定地实现较低的温度。目前，正在努力安装使用低温恒温器的样品引入管，该低温恒温器使用液氮和液氦作为制冷剂。创造孔隙剂MCM-41也很重要，它的孔径为1纳米至2纳米，孔隙分布极小。这项研究得出的结论是，这些改进使得热阐明氮和氙的孔内玻璃化行为成为可能。