二次元の水と氷の層: 278,263,20 kのニュートロン difraktion 試験
Christoph Janiak1, Tobias G Scharmann, Sax A Mason
1Institut für Anorganische und Analytische Chemie, Universität Freiburg, Albertstrasse 21, D-79104 Freiburg, Germany. janiak@uni-freiburg.de
ニュートロン difraktionはナノ空間でユニークな2Dの氷の構造を明らかにし,散発氷とは異なる. これらの閉じ込められた氷層は,特定の温度で新しいリング構造と相変化を示しています.
科学分野:
- マテリアルサイエンス 材料科学
- 凝縮物質物理学 凝縮物質物理学
- 物理化学 物理化学について
背景:
- 閉じ込められた水の振る舞いを理解することは,様々な科学分野にとって極めて重要です.
- 大量の水と氷は,明確に定義された結晶構造を示しますが,閉じ込められた水は新しい相を形成することができます.
- ナノコンフィネメントは水素結合ネットワークと水の相行動に大きな変化をもたらします.
研究 の 目的:
- 有機ナノスペースに閉じ込められた二次元 (2D) の水と氷の構造特性を解明する.
- 異なる温度で2Dの水/氷層の相変化を調査する.
- 観測された2Dの氷の構造を,散発氷や他の2Dの氷のポリモルフと比較する.
主な方法:
- ニュートロン difraktionは,閉じ込められた水と氷の原子レベルの構造を決定するために使用されました.
- フェーズ移行点を特定するために,熱化学的研究が行われました.
- 実験では,裂け目状の有機ナノ空間内に閉じ込められた二酸化デウテリウム (D2O) を利用した.
主要な成果:
- 2つの異なる2D氷相が特定されました:一つは8つの構成のリングまたは折りたたまれた鎖のセグメント (263 K) であり,もう一つは12つの構成の不規則なリング (20 K) でした.
- これらの構造は,他の二次元氷の形態に典型的な六角形のハネコブ格子と大きく異なる.
- 2DDD2O層の液体-固体相変遷は,約277Kで観察され,その後263Kから20Kの間に固体-固体相変遷が観察されました.
- 低温構造の水分子は,隣接する2つまたは3つの水分子によって調整されます.
結論:
- 閉じ込められた2Dの水と氷は,固体水/氷とは異なるユニークな構造的モチーフと相行動を示す.
- 観測された相変遷は,ナノ制限と温度に対する水の構造の感受性を強調しています.
- 中性子 difraktionは,閉じ込められた水と氷のシステムの構造を特徴付けるための強力なツールです.
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