도쿄 메트로폴리탄 대학 [Nishizawa Junichi 회장] 과학 및 공학 대학원의 마니와 유타 카 부교수와 바카라 규칙 기술 연구 부서 바카라 규칙 기술 연구 부서장 인 카타 우라 히로 미치 (Kataura Hiromichi)는 다양한 가스 분위기에서 공동으로 일합니다단일 벽 바카라 규칙 나노 튜브 (SWCNT)내부로의 물 분자 흡착 현상이 밝혀졌으며, 대기 가스와 물 분자 사이의 "교환 전달"이 발견되었다
대기 가스 분자와의 SWCNT 내부의 물 분자가 7 가지 유형의 대기 가스 (아르곤, 크립턴, 산소, 질소, 메탄, 에탄, 이산화바카라 규칙)에서 발견 된 "교환 전이" 교환 전이 조건은 가스의 유형에 따라 발생하고, 1 atm의 메탄에서, 물 분자는 -30 ° C 미만의 온도에서 SWCNT 내부에서 구분되었고, 대신 메탄은 SWCNT 내부로 들어갔다 한편, 헬륨, 수소 및 네온에서, 물 분자는 -170 ° C 이하 (그림 1) 이 현상을 사용하여 물이 흡수되는 SWCNT분자 선택적 nanovalve로 사용할 수 있습니다
또한, 교환 전이로 인해, SWCNT 필름의 전기 저항이 빠르게 변화하면, 특수 화학적 변형 또는 코팅없이 가스를 선택할 수있는 새로운 가스 센서를 제조 할 수있다 도쿄 메트로폴리탄 대학교와 AIST는 향후 가스 센서와 분자 선택적 바카라 규칙 발의 실질적인 적용을 홍보 할 계획이며 관련 기술이있는 회사를 찾고 있습니다
이 연구 결과는 과학 저널입니다자연 재료"분자 나나 발브로서 물이 채워진 단일 벽 바카라 규칙 나노 튜브"라는 제목에 따라 온라인으로 출시 될 예정입니다이 연구의 일부는 일본 과학 및 기술 에이전시 크레스트의 도움으로 수행되었습니다
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그림 1교환 전환의 컴퓨터 시뮬레이션 메탄 가스 (A) 및 네온 가스 (B)에 배치 된 SWCNT의 안정성은 분자 역학 계산에 의해 조사되었다 메탄에서, 물과 메탄을 시간이 지남에 따라 교체 하였다 (300 피코 초) 한편, 네온에서 물은 SWCNT 내부에 안정적으로 남아있었습니다 분자, 온도 및 압력의 수는 (a) 및 (b)에서 동일합니다 그림에서 오렌지는 바카라 규칙를 나타내고, 청색은 산소를 나타내고, 자주색은 네온을 나타내고, 흰색은 수소 원자를 나타냅니다
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그림 2SWCNT 및 얼음 바카라 규칙 튜브의 구조 개략도 왼쪽 : 직경 135nm의 지수 (10, 10)가있는 SWCNT 오른쪽) : 7 원 링 아이스 바카라 규칙 튜브 (Ice-nt)를 형성하는 SWCNT
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바카라 규칙 스페이스에서의 물과 가스 분자의 행동은 바카라 규칙 기술, 에너지 저장 기술 등에서 중요한 문제이지만 아직 완전히 명확하지 않았다 지금까지, 1
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그림 2), 물이 SWCNT 벽의 소수성에도 불구하고 정상적인 환경에서 물을 쉽게 흡수 할 수 있음이 밝혀졌지만, 가스의 존재 하에서의 행동은 전혀 알려지지 않았다는 것이 밝혀졌다
소수성 SWCNT 내부의 물 흡착 현상은 1999 년에 도쿄 대도시 대학교 (현재 도쿄 메트로폴리탄 대학교 대학원 과학 및 공학 대학원)의 Maniwa와 Kataura (현재 AIST)에 의해 제안되었으며, 2002 년에 실험적으로 확인되었다 (Ice Nanotube,Ice-nt)가 SWCNT 내에 형성된다는 것이 입증되었습니다 또한 2005 년Ice-nt의 형성과 구조가 SWCNT의 직경에 의존하는 방법, SWCNT의 직경이 작을수록 융점이 높고 실온에서 얇은 튜브에서Ice-nt가 얻을 수 있음이 밝혀졌습니다 이전 실험은 수증기 대기에서 수행되었지만 이번에는 다양한 가스가있는 경우 SWCNT에 물의 흡착 현상을 자세히 조사했습니다
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그림 3분자 선택적 Nanovalves의 컴퓨터 시뮬레이션 물을 가진 swcnt는 (a) 메탄 ch4및 (b) 네온 NE는 컴퓨터 시뮬레이션을 통과했다 처음에 SWCNT의 왼쪽 영역은 가스로 채워져 있으며 오른쪽은 진공 상태에 있습니다 시간이 지남에 따라 메탄은 물 분자를 배출하고 오른쪽으로 지역으로 나갈 수 있지만 네온에서는 물 분자에 의해 차단되어 통과 할 수 없습니다 가스 및 물의 온도, 압력 및 분자 수는 (a)와 (b)에 대해 동일합니다
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전기 저항 측정, NMR 실험, X- 선 회절 (XRD) 실험 및 컴퓨터 시뮬레이션은 고순도 SWCNT 샘플을 사용하여 수행되었으며, 이는 레이저 절제에 의해 135 nm로 제어 된 직경으로 제조되었다 XRD 실험은 고 에너지 가속기 메커니즘 인 Photon Factory BL1B에서 공동으로 사용 된 대학 조직에서 수행되었습니다
10 가지 유형의 가스 (수소, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립턴, 산소, 질소, 메탄, 에탄, 이산화바카라 규칙)를 1 대기 이하의 압력으로, -180 ° C의 온도 범위에서 조사한 후 온도가 저압에 도달하면 SWCNT 가스 분자 내부의 물 분자가 저압에 도달 할 때 분자를 발견했습니다
교환 전이가 발생하는 온도는 가스 및 압력의 유형에 크게 의존한다 예를 들어, 1 대기에서의 메탄의 경우, 물 분자는 약 -30 ℃ 이하의 SWCNT에서 나왔고, 대신 SWCNT로 들어갔다 한편, 헬륨, 수소 및 네온에서, 물 분자는 -170 ° C 이하까지 SWCNT 내부에 안정적으로 유지되었다 (그림 1) 가스 유형에 대한 중요한 의존성은이 현상이 바카라 규칙 공간에 대한 현상 단수이기 때문에 설명 될 수있다 또한,이 현상을 사용하여, 우리는 물 흡착 된 SWCNT가 분자 선택적 Nanovalves (그림 3)
또한, SWCNT 필름이 제조되고 전기 저항의 온도 의존성이 측정되었을 때, 교환 전이 (그림 4) 이러한 전기 저항의 변화는 특수한 화학적 변형 또는 코팅없이 가스 선택을 허용하는 새로운 가스 센서에 적용될 수 있습니다
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그림 4물을 흡수하는 SWCNT 필름의 전기 저항의 가스 대기 효과 가스에서 전기 저항은 가스의 유형과 압력에 따라 변화합니다 화살표는 메탄의 교환 전이 온도를 보여줍니다 가스 압력은 1 대기입니다 전기 저항은 7 ° C에서 값에 대한 비율로 표현됩니다
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잡지 이름 :자연 재료
제목 :분자 나나 발브로서 물이 채워진 단일 벽 바카라 규칙 나노 튜브
공동 저자 이름 :Yutaka Maniwa, Kazuyuki Matsuda, Haruka Kyakuno, Syunsuke Ogasawara, Toshihide Hibi, Hiroaki Kadowaki, Shinzo Suzuki, Yohji Achiba 및 Hiromichi Kataura