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J-GLOBAL ID：201502289462789334   整理番号：15A0548308

低直径カーボンナノチューブ中に閉じ込めたプロトン配向水の分子動力学シミュレーション

Molecular dynamics simulations of proton-ordered water confined in low-diameter carbon nanotubes

著者 (2件)： LI Shujuan (Inst. for Mathematics, Freie Universitaet Berlin, Arnimallee 6, D-14195 Berlin, Germany. [e-mail]) ,  SCHMIDT Burkhard
資料名： Physical Chemistry Chemical Physics  (Physical Chemistry Chemical Physics)
巻： 17  号： 11  ページ： 7303-7316  発行年： 2015年03月21日 
JST資料番号： A0271C  ISSN： 1463-9076  CODEN： PPCPFQ  資料種別： 逐次刊行物 (A)
記事区分： 原著論文  発行国： イギリス (GBR)  言語： 英語 (EN)

抄録/ポイント： 本報告は,単層カーボンナノチューブ(CNT)中に閉じ込めた水に対する,水プロトン配向に着目した分子動力学シミュレーションに関する。まず,大気NPT条件で水中に浸漬した開放端椅子型およびジグザク型CNTの水占有を,各種水モデルで,水-炭素相互作用についてのLennard-Jonesパラメータを変化して計算した。バルク値に収束する前に,水密度はCNT直径の関数として数種類の振動を示した。この結果にもとづき,NVT条件下で,(n,n)で5≦n≦10の10nm長の椅子型CNTにカプセル化された水構造を調べた。最小ナノチューブ(n=5,6)中では,高い強誘電性(FE)擬一次元水鎖が形成し,他のCNT中では,水分子は単層氷ナノチューブ(INT)として集合した。各種の近縮重極小エネルギーINT構造が存在し,7≦n≦10では全てのFE配置において,単層らせん構造が出現した。加えて,n=8では,高分極性を有した二重らせんINT構造が見出された。プリズム構造は,8≦n≦10でのみ見いだされ,強誘電性(FI)および反強誘電性(AF,n=9,10)プロトン配向の各種FEを示した。高障壁を介して分離したほぼ等エネルギーのFE,FIおよびAFのINT構造の共存により,分子動力学は,典型的には室温でナノ秒の時間スケールとなる程度に,著しく不安定化した。このため,有限温度における各種INT状態の分布計算に,レプリカ交換シミュレーション法を用いた。室温では,低直径CNTに閉じ込めたFE-INT構造の多くはなお多数であった。連続的(n=8で470K付近)または非連続的(n=9で218K)となる,らせん-らせんおよびらせん-プリズム構造相転移の双方が得られた。水配向のFEまたはFI秩序性が消失してINT構造が破壊する溶融的転移も観測された。これらの転移は,円滑(n=7.8),またはn=9のT=362Kおよびn=10のT=285Kの急激な一次相転移のいずれかであった。Copyright 2015 Royal Society of Chemistry All Rights reserved. Translated from English into Japanese by JST

シソーラス用語： *カーボンナノチューブ ,  *計算機シミュレーション ,  単層カーボンナノチューブ ,  水モデル ,  Lennard-Jonesポテンシャル ,  統計集団 ,  カプセル封じ ,  強誘電性 ,  一次元 ,  *氷 ,  二重螺旋 ,  角錐 ,  ヘリックス構造 ,  第一種相転移 ,  *水分子 ,  分布 ,  水素結合 ,  水素結合錯体 ,  レプリカ法 ,  *閉込め
準シソーラス用語： 一次元鎖 ,  正準集団 ,  *氷ナノチューブ ,  *分子動力学シミュレーション ,  レプリカ交換

分類 (3件)： 炭素とその化合物  (YB02060D) ,  計算機シミュレーション  (JE11000H) ,  分子化合物  (CE02000C)

タイトルに関連する用語 (5件)： 直径 ,  カーボンナノチューブ ,  プロトン ,  配向 ,  分子動力学シミュレーション