表面に凹凸を持ち両端が開いた HHT-CSCNT を親水化処理することによって有機溶剤を 用いずに CNT を水で分散し，分散過程で CNT の内部空間に閉じ込められた水を透過型電 子顕微鏡を用いて直接観察することに成功した．その結果，TEM の超高真空環境下に両端 が接しているにも関わらずCNTの内部には水が完全には蒸発せずに残っていた．水は内壁 に架橋された薄膜の状態あるいは多数の表面ナノバブルを含む状態で安定していた．CNT 内の水の蒸気圧降下はKelvin方程式とDisjoining pressure では説明することができず，また 内壁に架橋された純水薄膜の厚さはこれまでのマクロな実験結果および古典理論によって 予測される値よりも一桁以上小さく薄膜の安定性もDLVO 理論では十分に説明できないこ とがわかった．そこで本研究ではこれらの既存の理論で考慮されていないナノ空間に閉じ 込められた水の強い分子間相互作用を加えたモデルを提案した．また，架橋された液膜が破 断するときの様子を高い空間分解能および時間分解能で観察することに成功し，液膜の破 断には二段階あることを示した．さらに，CNT 内に水が比較的多く残る場合に水中での表 面ナノバブルの合体・成長を観察し，ナノバブルの三相界線の挙動は内壁表面の影響を強く 受けることを明らかにした．本研究で新たに発見した気液界面の安定性と挙動の物理機構 を完全に理解するためには分子動力学シミュレーションによる分子・原子レベルでの理論 的知見が必要であるが，扱う分子数や時間スケールを考えると容易なものではなく，今後の 計算機環境の進展を待ちたい．本研究で得られた観察結果は予測されていない全く新しい ナノフルイディクス特有の現象を証明する重要な実験データであり，基盤的知見としてそ の価値は大きいと考えている．
102
総括
最後に本研究で得られた知見を以下にまとめて記す．
第２章では透過型電子顕微鏡を用いてSi3N4膜の窓を持つ液体セル内で水の放射線分解に よって発生するナノバブルのその場観察を行った．その結果，見かけの直径が 4－8 nm の 気泡の発泡から成長までを連続して直接観察することに成功した．また，フレネルフリンジ 法を開発して二次元のTEM画像から核生成位置を三次元的に把握し，600 nm－1000 nmの 厚さの水の液膜の中では最初に不均質気泡核生成が起こりその後均質気泡核生成が起こる ことを明らかにした．不均質気泡核生成によって発生した気泡は周囲の気泡と干渉して合 体を頻繁に繰り返しながら成長し，ある程度成長すると気泡と気泡の間の液膜は安定して 合体を遅らせることがわかった．さらにナノバブルの核生成・成長速度にはオストワルドラ イプニング効果の影響が顕著である．オストワルドライプニング効果によって不均質気泡 核生成は抑制されること，表面ナノバブルの平均成長速度は拡散よりも水の放射線分解に 律速されることを明らかにした．
第３章では，まず，表面に凹凸を持ち両端が開いたHHT-CSCNTを親水化処理することに よって有機溶剤を用いずに CNT を水で分散し，分散過程で CNT の内部空間に閉じ込めら れた水を透過型電子顕微鏡を用いて直接観察することに成功した．その結果，TEM の超高 真空環境下に両端が接しているにも関わらずCNTの内部には水が完全には蒸発せずに残っ ていた．水は内壁に架橋された薄膜の状態あるいは多数の表面ナノバブルを含む状態で安 定していた．CNT内の水の蒸気圧降下はKelvin方程式とDisjoining pressure では説明する ことができず，また内壁に架橋された純水薄膜の厚さはこれまでのマクロな実験結果およ び古典理論によって予測される値よりも一桁以上小さく薄膜の安定性も十分に DLVO 理論 では説明できないことがわかった．そこで本研究ではこれらの既存の理論で考慮されてい ないナノ空間に閉じ込められた水の強い分子間相互作用を加えたモデルを提案した．また，
架橋された液膜が破断するときの様子を高い空間分解能および時間分解能で観察すること に成功し，液膜の破断には二段階あることを示した．さらに，CNT 内に水が比較的多く残 る場合に水中での表面ナノバブルの合体・成長を観察し，ナノバブルの三相界線の挙動は内 壁表面の影響を強く受けることを明らかにした．本研究で新たに発見した気液界面の安定 性と挙動の物理機構を完全に理解するためには分子動力学シミュレーションによる分子・
原子レベルでの理論的知見が必要であるが，扱う分子数や時間スケールを考えると容易な ものではなく，今後の計算機環境の進展を待ちたい．本研究で得られた観察結果は予測され ていない全く新しいナノフルイディクス特有の現象を証明する重要な実験データであり，
基盤的知見としてその価値は大きいと考えている．
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