존재가 거부 된 고체-액체 임계점의 세계 최초의 발견 : 펜던트 슬롯 공간에서 물의 분자 시뮬레이션

2015 년 6 월 23 일

<Work Results>
펜던트 펜던트 펜던트 슬롯의 특별 조교수 인 Koga 교수의 연구 그룹은 시뮬레이션을 통해 탄소 나노 튜브 (직경 1 나노 미터)에 포함 된 물을 재현했습니다. 물의 고체-액체 상 전이 거동은 광범위한 온도 및 압력 조건 하에서 추적되었고, 나노 튜브 내의 물의 운동 및 구조는 분자 수준에서 분석되었다. 결과적으로, 비밀 변동 및 비열에서의 발산 경향과 같은 고체-액체 임계점의 존재를 강력하게지지하는 다수의 증거가 제시된다. 우리는 고체-액체 임계점의 존재를 나타내는 데 성공했습니다. 또한 다양한 온도, 압력 및 나노 튜브 직경에서 수도 상태 (위상), 위상 경계 및 임계점을 요약하는 위상 다이어그램을 완료했습니다.
이 연구 그룹은 이번에 6 개의 고체 액체 임계점을 확인했습니다. 고체-액체 임계점은 펜던트 슬롯 튜브 내부의 물에서 드문 일이 아니며 실제로 관찰 될 수 있음이 밝혀졌습니다.

<cinceery>
Koga 교수와 다른 사람들의 연구 그룹은 먼저 탄소 펜던트 슬롯 튜브 내부의 초 미세한 공간에서 수상이 얼음 펜던트 슬롯 튜브로 알려진 준 차원 얼음으로의 변화를 보여 주었고, 위상 변화가 지속적으로 발생할 수 있음을 발견하여 고체 크리티드 임계점의 가능성을 시사한다 (Nature, 2001). 이번에 연구 그룹은 고체-액체 임계점을 탐색하기 위해 넓은 온도 및 압력 범위에 걸쳐 초 미생물 공간에서 물의 대규모 분자 시뮬레이션을 수행했습니다.
그러나 지금까지는 모든 물질에 대한 실험에서 고체-액체 임계점이 발견되지 않았으며 이론의 존재는 거부되었습니다.

<예비 결과>
얼음과 물의 차이가 피할 수없는 중요한 지점에서 밀도와 에너지 변동이 증가 할 것으로 예상되며, 물을 함유하는 탄소 펜던트 슬롯 튜브의 열전도율은 극적으로 변화 할 것입니다.
앞으로, 이론적 계산 및 펜던트 슬롯 기술을 사용한 실험은 펜던트 슬롯 스페이스 내의 재료에 대해 수행 될 것이며, 고체-액체 임계 현상은 다양한 재료에서 발견 될 수있다. 또한 1) 밀도 및 에너지 변동을 사용한 새로운 화학 반응의 개발, 2) 포함 재료의 위상 전이를 통해 펜던트 슬롯 튜브의 열전도율을 제어하는 ​​새로운 기술의 개발에 대한 큰 희망이있다.

이 연구는 펜던트 슬롯의 New Energy Environmental Materials Center, 교육, 문화, 스포츠, 과학 및 기술 연구 대학 강화 프로모션 프로젝트 (MEXT) 및 제휴 과학 연구를위한 일본 과학 연구 (No. 2688011, 26287099)의 보조금으로 수행되었습니다. 대부분의 계산은 National Institute of Natural Sciences의 컴퓨터 과학 연구 센터의 컴퓨터를 사용하여 이루어졌습니다.

<원본 종이 정보>
저자 : K. Mochizuki 및 K. Koga
제목 :“펜던트 슬롯 포어에서 물의 고체 액체 비판적 행동”
　　　　Proc. Natl. 아카드. 공상 과학. 미국(2015) doi : 10.1073/pnas.1422829112

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<연락처>
펜던트 슬롯 Natural Sciences 대학원 (과학)
특별 조교수 Mochizuki Kenji
(전화 번호) 086-251-7904

펜던트 슬롯 Natural Sciences 대학원 (과학)
Koga Kenichiro 교수
(전화 번호) 086-251-7904


<service>
탄소 펜던트 슬롯 튜브로 만들 수있는 다양한 얼음
그림 1은 탄소 펜던트 슬롯 튜브 내에 형성된 6 가지 유형의 얼음의 구조를 보여줍니다. 그림 1 (a)-(c)는 직경이 1.11 nm 인 펜던트 슬롯 튜브에서 발견되는 3 가지 유형의 얼음이며, 그림 2 (d)-(f)는 직경이 1.25 nm 인 펜던트 슬롯 튜브에서 발견되는 세 가지 유형입니다.

탄소 펜던트 슬롯 튜브의 수상 다이어그램 및 수상 다이어그램
그림 2 (a)는 정상적인 수상 다이어그램입니다. 실온에서, 가스 (수증기) 및 액체 (물)는 분명히 상이하며 두 상 사이의 경계선이 있습니다. 그러나 온도와 압력이 높을 때 (374 ° C, 218 대기) 가스와 액체의 구별이 사라지고 그 이상의 경계가 없습니다. 이 경계가 사라지는 지점은 가스 액체 임계점입니다. 반면에, 고체 (얼음)와 액체 사이의 경계는 중단되지 않습니다. 지금까지 정상적인 물 (및 다른 물질)에서는 고체-액체 임계점이 발견되지 않았다.
그림 2 (b)는 왼쪽의 직경이 1.11 nm 인 펜던트 슬롯 튜브의 물 위상 다이어그램입니다. 저온 영역에는 세 가지 유형의 얼음 위상이 있습니다. 상이한 얼음 사이의 위상 경계는 온도가 상승함에 따라 얼음과 물 사이의 위상 경계가되고, 특정 온도와 압력이 특정 수준에 도달하면 위상 경계가 사라집니다. 공존하는 얼음과 물의 구별은 더 이상 불가능하며, 고체 액체의 물의 임계점은 그것이 한 단계가된다는 것입니다.
오른쪽의 그림 2 (b)는 직경이 1.25 nm 인 펜던트 슬롯 튜브의 물 위상 다이어그램입니다.