岡山大、カーボンナノチューブ内の水の挙動を解析―存在が否定されていた固液臨界点を初めて発見

2015年7月7日 21:38

　岡山大学の望月建爾特任助教・甲賀研一郎教授の研究グループは、カーボンナノチューブ内部に閉じ込められた水の挙動を分子シミュレーションで解析し、氷と水の区別がなくなる新たな臨界点を発見した。

　固体と液体の区別がなくなる固液臨界点はいかなる物質に対する実験でも見つかっておらず、理論的にも存在が否定されてきた。

　今回の研究では、直径約1ナノメートルのカーボンナノチューブに内包された水をシミュレーションで再現し、広範囲の温度・圧力条件下で水の固液相転移挙動を追跡し、ナノチューブ内の水の運動と構造を解析した。

　その結果、密度ゆらぎと比熱の発散傾向など、固液臨界点の存在を強く支持する複数の証拠が見つかり、固液臨界点の存在を示すことに成功した。さらに、様々な温度、圧力、ナノチューブ直径における水の状態（相）、相境界、臨界点をまとめた相図を完成させた。

　今回の研究成果は、密度やエネルギーゆらぎを利用した新たな化学反応の開拓や、ナノチューブの熱伝導率を内包物質の相転移により制御する新技術開発などにつながることが期待される。

　なお、この内容は「Proceedings of the National Academy of Sciences」に掲載された。論文タイトルは、「Solid-liquid critical behavior of water in nanopores」。