理系にゅーす

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結晶

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1: 2017/11/05(日) 18:35:23.21 ID:CAP_USER
ガラスは身近なマテリアルでありながら、謎の多い存在である。
しかし今回、東京大学と東北大学の共同研究グループは、ガラスは通常の固体とは異なる分子震動パターンを持つ、という事実を明らかにした。
これは、ガラスの振動特性に関する長年の議論に終止符を打つものであるという。

 ガラスは流れる性質を持つ。人間の寿命の範囲で観測できるような現象ではないのだが、数百年、
千年単位のタイムスケールでいうと、そういうものであるらしい。

 であるので、ガラスは実は液体なのだとか、いややっぱり固体なのだとか、長年に渡り議論されてきた。
最近の主流としては、固体であるとする説の方が有力である。

 ところで、ガラスは固体かもしれないが、結晶体ではないらしい。
物理学の世界の考え方でいうと、多くの固体は結晶体だが、ガラスだけは違うのだという。つまり、固体には結晶体とガラスの2種類があるのだ。

続きはソースで

※普通のガラス製品(左)と、コンピュータシミュレーションによって計算されたガラス分子の不規則な配列。(画像:東京大学発表資料より
http://www.zaikei.co.jp/files/general/20171105000110BkC0a.png

財経新聞
http://www.zaikei.co.jp/article/20171105/409942.html
ダウンロード (1)


引用元: 【物理学】ガラスは固体だが、通常の固体とは本質において異なる 東大と東北大が研究

ガラスは固体だが、通常の固体とは本質において異なる 東大と東北大が研究の続きを読む

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1: 2017/09/09(土) 00:35:39.57 ID:CAP_USER
空気よりも軽い氷?! 極めて密度の低い氷「エアロアイス」を予測

 
岡山大学大学院自然科学研究科の松井貴宏大学院生、平田雅典大学院生(ともに博士前期課程1年)、岡山大学異分野基礎科学研究所の矢ケ﨑琢磨講師、松本正和准教授、田中秀樹教授の研究チームは、通常の氷よりも密度が低い氷の結晶構造について、分子シミュレーションによって網羅的な調査を実施。まだ実験で発見されていないいくつかの安定な結晶構造が存在することや、理論的に予測される低密度氷「エアロアイス」には密度に下限がなく、空気よりも軽い氷も作りうることを初めて解明しました。
 
本研究成果は9月5日、米国物理学協会(AIP)の国際科学雑誌「 The Journal of Chemical Physics 」に掲載されたほか、同誌の表紙を飾りました。
 
水は、単成分の物質としては、固体結晶の種類が異常に多く、これまでに17種類が発見されています。本研究成果によって、今後、低密度領域を探れば、さらに多数の結晶構造が見つかるかもしれません。

図1 新しく発見された、ゼオライト類似の構造を持つ氷(左)と、エアロアイス(右)の結晶構造。幾何構造がわかりやすいように、氷の構造をいくつかの多面体に分割して表現した。水分子は描いていない。小さな正方形と六角形はそれぞれ4個、6個の水分子から構成される(左下)。
http://www.okayama-u.ac.jp/up_load_files/press29/press-170908img1.png
図2 エアロアイス8xFAUの想像図 (コンピュータ・グラフィックス)
http://www.okayama-u.ac.jp/up_load_files/press29/press-170908img2.jpg

続きはソースで

▽引用元:岡山大学 09月08日
http://scienceportal.jst.go.jp/news/release/university/
ダウンロード (2)


引用元: 【物理】空気よりも軽い氷?! 極めて密度の低い氷「エアロアイス」を予測/岡山大©2ch.net

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1: 2017/08/15(火) 18:30:38.01 ID:CAP_USER
ストーリー by hylom 2017年08月15日 16時57分意外に未知だったガラス 部門より

masakun曰く、
J-PARCセンター施設公開2017のストーリーでリンク先にアクセスしたとき気付いたが、産総研の触媒化学融合研究センターのプロジェクトチームがガラスの基本単位であるオルトケイ酸の結晶化に成功したと報じられている
(J-PARCプレス発表、EE Times Japan)。
http://j-parc.jp/ja/topics/2017/Press170727.html
http://eetimes.jp/ee/articles/1708/01/news084.html


19世紀前半にイェンス・ベルセリウスにより溶解性のシリカ (オルトケイ酸) が発見されたが、その組成が「ケイ素上に4つの水酸基-OHが結合した分子構造」であることが分かったのは20世紀に入ってから。
しかもテトラアルコキシシランや四塩化ケイ素の加水分解によってオルトケイ酸は生成するが、速やかに脱水縮合しシリカに変わるため、今まで単離できず詳細な構造は不明だった。
そこで産総研では水を使わないオルトケイ酸の合成反応を開発し、オルトケイ酸と加えたアンモニウム塩からなる単結晶を得ることに成功。
「X線結晶構造解析の結果、オルトケイ酸は正四面体構造であり、ケイ素-酸素結合の平均結合長は0.16222ナノメートルで、酸素-ケイ素-酸素結合の平均結合角は109.76度であった」。

続きはソースで

https://science.srad.jp/story/17/08/15/0619257/
ダウンロード (4)


引用元: 【オルトケイ酸】 産総研、ガラスの基本単位であるオルトケイ酸の結晶作成に成功 [無断転載禁止]©2ch.net

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1: 2017/06/09(金) 18:15:11.13 ID:CAP_USER
https://www.nikkan.co.jp/articles/view/00431364

(2017/6/9 05:00)

https://youtu.be/bTC01rdNk-s



http://d1z3vv7o7vo5tt.cloudfront.net/medium/article/img1_file593909add219b.jpg

物質・材料研究機構構造材料研究拠点の染川英俊グループリーダーは、衝撃吸収力の高いマグネシウム合金を開発した。力を加えると割れずに変形して、衝撃を吸収する。市販のマグネシウム合金に比べ、吸収エネルギーが3倍に増えた。マグネシウムは実用金属材料の中では最も軽い。自動車の構造材などへの応用を目指す。

結晶粒界(結晶粒の境界)の滑りを利用して変形しやすくした。

続きはソースで
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引用元: 【材料】割れないマグネ合金、物材機構が開発 衝撃吸収3倍(動画あり) [無断転載禁止]©2ch.net

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1: 2017/04/11(火) 13:12:42.13 ID:CAP_USER9
マンチェスター大学の研究グループは、酸化グラフェン膜を用いて海水をろ過し、飲用水にする技術を開発したと発表した。酸化グラフェン膜を通すことによって、水に溶けた塩(NaCl)の97%を除去できることを実証したという。海水淡水化設備の簡易化、低コスト化につながる可能性がある。研究論文は、ナノテク専門誌「Nature Nanotechnology」に掲載された。

グラフェンは炭素原子がハチの巣状に結合した結晶構造をもっている。小さな分子はハチの巣状の炭素の網目を通過できるが、大きな分子は通り抜けられないため、グラフェンを分子の「ふるい」として使うことができる。あるいは、グラフェンを何層か積層させ、その層間にできる隙間を通過できる粒子と通過できない粒子にふるい分けする方法もある。

これまでの研究では、各種のナノ粒子や有機分子、分子量の大きな塩などについて、酸化グラフェン膜によるフィルタリングが可能であることが報告されていた。一方、海水に含まれている一般的な塩(NaClなど)に関しては、酸化グラフェン膜によるフィルタリングが困難であるとされてきた。水に浸すことによって酸化グラフェン膜がわずかに膨張する効果があり、層間距離が大きくなってしまうため、分子量の小さな塩が酸化グラフェン膜を通過してしまうためである。

研究チームは今回、水に浸した際の酸化グラフェン膜の膨張による影響を取り除き、塩のろ過を可能にするため、酸化グラフェン膜の層間距離を精密に制御する方法を開発した。

続きはソースで

http://n.mynv.jp/news/2017/04/11/088/images/001l.jpg
http://news.mynavi.jp/news/2017/04/11/088/
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引用元: 【科学】グラフェンで海水を飲用水に変える技術を開発 ©2ch.net

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1: 2017/04/11(火) 06:28:10.60 ID:CAP_USER
時間に周期的なパターンをもつ「時間結晶」。
最初に構想されてから間もないその物質の生成に、 米国の2つのグループが成功したという。
その成果は、安定した量子コンピューター開発などにも応用できるとされている。


新たな物質の形態、「タイムクリスタル(時間結晶)」と呼ばれる規格外の物質が、このたび2つの研究グループにより、初めてラボで生成された。
ひとつ言い添えておくと、時間結晶とは「時間に周期的なパターンをもつ物質」のことを指し、決して時間自体が結晶化した物質のことではない。


そもそも「結晶」とは何か


自然界で発生する塩、ダイヤモンド、水晶などの「結晶」は、原子の基本構造の繰り返しによって生成されている。
つまり結晶とは、3次元空間のある軸に沿って周期的な構造パターンを繰り返す物質のことを指すわけだ。
もっとも、だからといってこのパターンが全ての方向に等しく周期的なわけではない。


物理の法則とは、空間のどの方向にも等しく対称に働くものだが、固体結晶に関してはこの並進対称性が自発的に“破れている”ことになる。
六方晶系の結晶が円筒状に巻かれた構造をもつカーボンナノチューブを例にとると、原子のある場所とそうでない場所が明確であり、この結晶の中心部から見渡してみると全ての方向に全く同じパターンが配列しているとはいえない。
そこには粒子がつくり出した“ムラ”があり、科学的にいうと、結晶とは「連続的な空間の対称性を自発的に破る物質」として定義できる。


では、それが「空間」ではなく「時間」ならどうなのか。
空間と同様に、時間にも対称性がある。
「並進対称性の破れ」という名の“ムラ”は、時間軸でも起こり得るのだろうか? 
そんな新たな物質を夢見て理論的に追求したのが、マサチューセッツ工科大学(MIT)の物理学者であり、ノーベル賞受賞者でもあるフランク・ウィルチェックだ。


それは「永久機関」なのか?


ウィルチェックは2012年、通常の結晶が空間的に周期的であるように、平衡状態・最低エネルギー状態にある物質が、時間的に周期的である仮説構造をもつという時間結晶の構想を発表した。

この理論によると、時間が一定方向に流れるという“自然な対称性”が、結晶内では破られてしまうことになる。これは、量子力学的効果のために、原子またはイオンが互いに離れていても相互作用することを想定しており、粒子は系に入力されるエネルギーなしにして、初期状態から次の状態へと移動し、一定の周期で初期状態へと戻るといった、時間に規則正しい振動を繰り返す。


しかしこの状態には、物理学的に問題がある。
何のエネルギー入力もなしに系が振動を繰り返すとなると、それはまるで永久機関のように見えるはずだ。
これはエネルギー保存の法則に反することになり、古典的にも量子的にも実現されるはずのない系だ。実際のところ、2015年には、東京大学教授の押川正毅と渡辺悠樹らに、平衡状態にある時間結晶の存在を否定されている。

続きはソースで

Yahoo!ニュース
https://headlines.yahoo.co.jp/article?a=20170410-00010001-wired-sctch
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引用元: 【物理学】新物質「時間結晶」、2グループが生成に成功 [無断転載禁止]©2ch.net

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