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東大、水とシリカの局所的な液体構造の類似性と相違点をあぶりだすことに成功

発表日:2018年2月6日

水とシリカ:似て非なるもの

1.発表者:田中 肇(東京大学 生産技術研究所 教授)

2.発表のポイント:

◆地球上においてそれぞれ液体・固体として最も豊富に存在する水とシリカの類似性と相違について研究を行い、その物理的な起源を解明することに成功した。

◆熱的な揺らぎに隠れた液体の構造を、粒子の配置に関する位置と方位に関する情報を用いるとともに、水分子を構成する水素と酸素、シリカのケイ素と酸素の結合を考慮して解析することで、これまで見ることができなかった微視的な構造を明らかにした点に新奇性がある。

◆この発見は、長年の未解明問題であった水とシリカの物性の類似性とガラスになりやすさの大きな差を説明しただけでなく、他のテトラヒドラル液体の理解や、これらの物質のガラス形成能の意図的な制御にも新しい道を拓いたという意味で、応用上のインパクトも大きいと期待される。

3.発表概要:

東京大学 生産技術研究所の田中 肇 教授、シー・ルイ(Rui Shi)特任研究員の研究グループは、地球上においてそれぞれ液体・固体として最も豊富に存在する水とシリカ(二酸化ケイ素、(注1))の類似性と相違について研究を行った。水とシリカは、ともに局所的に四面体構造を形成する傾向が強く、温度冷却時に密度が最大になる温度が存在するなど、似た物性を示すことが古くから知られていた。一方、水とシリカは、ガラス状態になりやすさという点では、水が極めてガラスになりにくいのに対し、身近にあるさまざまな硝子製品の主成分であるシリカは、容易にガラス状態になる。これらの類似性・相違点は古くから知られてきたが、その理由は長年の研究にも関わらず未解明であった。同研究グループは、その鍵を握る、水とシリカの局所的な液体構造の類似性と相違点をあぶりだすことに成功した。この成果は、水とシリカという最も身近な液体の基本的性質を明らかにしたのみならず、他のテトラヒドラル液体(注2)の理解や、これらの物質のガラス形成能の意図的な制御にも新しい道を拓いたという意味で、応用上のインパクトも大きいと期待される。

本成果は2018年2月5日(米国東部時間)に米国アカデミー紀要「Proc. Natl. Acad. Sci.USA」のオンライン速報版で公開される。

※以下は添付リリースを参照

リリース本文中の「関連資料」は、こちらのURLからご覧ください。

添付リリース

http://release.nikkei.co.jp/attach_file/0470505_01.pdf

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