【物理】微小空間では、水は室温で氷になる

※ 誤訳の可能性がありますので、正確を期する方は原文を御参照下さい。

Water has been found to form ice at room temperature if it is placed
between a tiny tungsten tip and a graphite surface.
Joost Frenken and colleagues at Leiden University in the Netherlands
have found that the water effectively acts like a glue in this situation,
even though water is normally thought of as a lubricant.
The finding could be useful to researchers studying micro- and nanoelectromechanical systems,
which can fail if the friction between the surfaces is too high (Phys. Rev. Lett. 96 166103).
グラファイト表面とタングステンのチップ先端との間の水が、室温で氷の状態になる事が発見された。
蘭ライデン大学のJoost Frenkenと同僚は、普通に考えれば水が潤滑剤の役割を果たすこの状況で、
実際には接着剤のように働いている事に気が付いた。
この発見はmicro/nanoelectromechanical systemsを学ぶ研究者にとって有用である。
そして、表面の摩擦が高すぎると失敗するかもしれない。

Most surfaces are never smooth and completely flat. If two bodies are brought together,
they will not touch over the entire area of apparent contact, but will rather touch
over a large ensemble of tiny contacts.
Under normal, humid conditions, water vapour can condense out onto these contacts,
creating a tiny "capillary bridge".
These bridges tend to make the surfaces stick together and make it harder for them
to slide over each other.
ほとんどの場合、物体の表面は滑らかでなく、完全な平面でもない。
もし二つの物体を重ね合わせたら、それは決して密着する事はなく、むしろ部分的な接触が
全体に起こっている状態になるであろう。
通常、湿度の高い状態において、水蒸気はこの接触面に凝縮し、微小な“毛管状の橋”を作る。
そしてそれは、互いの表面を貼り付け、滑り難くする傾向がある。
（>>2以降に続く）

ソース：PhysicsWeb
http://www.physicsweb.org/articles/news/10/5/2/1

ご依頼感謝：
http://news18.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1142089748/232

However, researchers have not been sure if this is also true when the liquid is confined
to small gaps between surfaces.
To investigate this problem further, Frenken's team carried out a series of experiments
on an instrument called a "tribolever", which uses tiny amounts of bending inside
a miniature silicon sensor to sense forces as small as 20 picoNewton.
しかし、接触面の微小な隙間に閉じこめられた液体でそうなるのか、研究者は確信を持てなかった。
この問題を更に調査する為、Frenkenのチームは"tribolever"と呼ばれる器具で一連の実験を行った。
この器具は、内側を僅かに曲げられたシリコンセンサで、20ピコニュートンの力を検知出来る。

The experiments involved attaching a sharp piece of tungsten wire onto the sensor
and carefully scanning it back and forth over the surface of clean, high-quality graphite.
The researchers found that icy nanoscale water bridges -- lasting for several seconds --
formed between the two surfaces at room temperature.
In this geometry, the water effectively acted like a glue, and not like a lubricant,
joining the two surfaces together.
この実験は、先端が鋭いタングステンの針金をセンサに装着し、高品質なグラファイトの上を
注意深く往復させるというものであった。
研究者は、室温の二つの表面の間に、ナノスケールの氷状の -数秒間持続する- 水の橋を発見した。
このジオメトリにおいて、水は潤滑剤でなく接着剤の役割を果たし、双方の表面を繋いだ。

"Our work provides a new understanding of what happens on the nanometre scale
between contacting and sliding bodies," says Frenken.
Frenkenは「我々の研究により、ナノメータの世界で物体がどのように接触し滑っているのか
新しい知識を提供する事が出来た」と言った。

The team will now investigate using different materials for the tip and substrate
and varying other parameters like temperature and tip speed.
They will also study to what extent the ice contributes to friction under practical circumstances.
研究チームは、他の材質のチップと基板を使い、温度や速度の条件を変えながら調査を続けるであろう。
彼らはまた、実際の環境において、氷がどのように摩擦に寄与するのか研究するであろう。

Belle Dume is science writer at PhysicsWeb

読みにくい。

まあまあの訳

ただ単に、両界面上で水表面のＯＨ基とタングステンとグラファイト表面のＨ基が
結合することで安定化。界面にある水のエネルギーが低下して氷状になったんじゃね？

ぬるい氷を噛み砕く

関連？
【工学】カーボンナノチューブ：27度でも内部に氷が形成されることを発見[041220]
http://news18.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1103539442/　（dat）

いまいちシステムがよくわからない

つまり、エントロピー増大の法則は間違っていた！
って電波さんが大喜びしそうな感じ？

これを利用して水を酒に替えられんか？

これって氷と言えるのかなあ……

>>9
金に変えるのが先ジャマイカ

これ以前韓国の教授が言ってたことと一緒じゃねー？

>11
そんなことしたら金が暴落してしまうで

ここは まぁいいかφ の宿題スレですか？

>>5
あー
ナノテクが電気陰性度つれてきたのね
ナノナノナノナノナノナノ・・・・・・・・・・・・
水のエネルギーは低下するのは。。負担が減ったからなんですか？
えっと、エネルギーとはそうじゃなくて、強い結合で水素結合だからかで
体積は４℃で一番大きくて氷はそのどの程なんですかね
４℃は液体なのに、まるで氷と水の中間態のようにみえるけど
えっと確かそうなんだっけ
うーん？？？変だよね水
音楽と氷の結晶の話が素敵だけど
肉眼でみれそうにないから寂しいけど
冷たいから別にいらない
どうしよう
氷の結晶だよってなんかプレゼントされたら
でもどうなんだろう　つくれるもんじゃないし
あ、でもロマンチックってか何してるんだろうそんな人って
優しいとは思いつつ子供な感性で
どうなんだろうな

圧力の問題だけしか見えてなかった自分はせまいのかな・・

>>9
水は炭素がなく　アルコールには炭素がある
狂いそうな事実でつ enerugi-が酵母でない
そんな世界はどうなってるんだろうかと思うのです

摩擦に空間はminiだけど
まだまだ難しいから
やっぱナノ→ナノからいくんだね
というか、でないと無理
あー自然のエネルギーは偉大だね　本当に　涙がでちゃう

これを利用すれば常温超伝導が？？？

数年でどうのこうのならなそう
というか目標は大きくていいし
接着剤だし
自然は大事だし
まあ目標は大きいですよ　
成績は追いつかないんですけど
地球が破裂とかなんか水が全て飲めないとか
きっとそうなるって
もうなんかわけわかんないけど
直面的でないと動けないからもういやです
光ケーブルが少し改良されても日本で移行はすぐにはできない
かもしれない
そんな感じなんでしょうね
人って難しいけど
どうなんでしょうね
未来予想図には合うはず

グラファイトの表面がテンプレートになって水が結晶状に並ぶのを助けてるんでしょ。

>>7
それか。

未来予想図に結局はずれて
ちゅうぶらりんですよ
別にいいんですけど
結局なんなんでしょうね
あーほんと笑える
でもわたしは・・・・・

がめついということはよくない事でしょうね
でも欲しいのはやっぱいいもので
聞いてくれる
できる
環境なんでしょ
だからきっとそこがわかってないしどうせ切り捨てたんだって
今でも思ってるけど
わたしもそうなのかなとかどうなんでしょう

>>17
グラファイトからの炭素で何とかｗ

＞2/TihtQf

３行にまとめてくれ

結局わたしじゃだめで

そうそう・・・　欲しいものが同じでないように

ぽり水じゃあないよね？

これ数ヶ月前に同じネタでスレ立ってたような？

>>1
俺もずっとそう思ってた

>>25
俺にはちょっとできがいい人工無能に見えるｗ

接着状況が凍り状態だといっているの？

これで常温蒸留と精製水の生産ができるな

要するに水は氷で出来てるということでんな。

　微小空間で水が構造化するのは、昔から常識じゃないの？

水って何なんだ？

要は「氷」っつーか「固体」といいたいのかな？？？

>14
機密漏洩罪でﾀｲｰﾎします。（#^ω^）ノ∞

>>34
だよな。短距離なら構造を持つことができる。回折とか使えば簡単に分かるはず。

ニューポリウォーターと名づけよう

>>12 いや、これは韓国で4000年前に発見されていた事実です。

勘違いしてスレタイつけた>>1がアホってことでFA?

ひとりキチガイが迷い込んどるな。

まぁいいかφ ★氏はよく自分で訳すねえ。
頭が下がるわ。

いわゆるファンデルワールス力で表面に固定化されてるっとことじゃないの？

しかしメソポーラスやってたらいつも内部が凍り付いてしまうな

氷になっているかどうかが摩擦力の比較で分るということじゃないの？

>>41
別に勘違いなんかしてないじゃん

氷を細かく砕けばちいさな氷になる。
小さな氷をまた砕けばもっとちいさな氷になる。
そのとっても小さな氷を・・・・・・・・・・・
最終的には分子同士結びついているのを砕いたら
液体⇒気体になると想像している漏れは腐ってますか？

まあ、ものも言いようだね。そんなことはみんな承知。

>>48
あたまわるそう

>>48
温度＝分子運動

>>48
書店で高校の化学の参考書でも買うんだ！

全校朝礼で密集してるのが氷
休み時間の教室でうろうろしてたりするのが水
下校してバラバラになるのが水蒸気だ

水と氷の区別がつかないヤツがいるようだ。
氷 1kg をお前の顔面にぶつける。
水 1kg をお前の顔面にぶつける。
結果は異なる。氷と水はちぃがうんじゃないのか？

>50-52

氷を砕けば小さな氷になる。その氷を砕けばもっと小さな氷になる。
そのちいさな氷をくだけば、もっともっとちいさな氷になる。
そのちいさな氷をくだけば、すんごいちいさな氷になる。・・・・・・・・・

最終的に分子単位まで行くんじゃないかとおも。

そして水の分子をつっつくと、くっついていた分子同士が分離するんじゃな
いかと思うんだが。
工房の頃さあ、化学の時間にそんなこと突然に思いついてニヤニヤしてたら、
線香に怒突かれた。

>>52　化学が嫌で文転した漏れがきますたよ。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9D%E3%83%AA%E3%82%A6%E3%82%A9%E3%83%BC%E3%82%BF%E3%83%BC
これとどう違うのか、説明ほしいな。

アイスナイン！アイスナインじゃないか！

>>1
ってことは、内部にたくさんの微細な空間をもつ物質に
水を注げば、あら、不思議、勝手に冷たくなって凍っちゃった。
ってことになるの？

そうだとしたら、すごいね。

冷たくはならんだろ

>>54
状態によって成分ほとんど同じでも結果はちがうんだよな。
同じセルロース主成分でも、
ハリセンでたたかれるのと、
札束で叩かれるのとでは相当ちがうぞ(w

凍らせたものを取り出すのに通常の水の熱エネルギーを消費するとしたらきっかけさえ与えれば
永久に冷え続ける水とか作れるのか？

例えば想像できるものとして光子をぶつけるとかすると永久に冷える水ができて
太陽光で冷房なんてことも可能になるんじゃまいだろうか

冷たくはならないのか・・・

『室温』て何度なんですか？

普通は10〜30℃くらい

真冬のアラスカの室温ですが何か？

>>66
じゃあ30度くらいか？

冬の北関東の古い民家の室温は時に氷点下。
それより北にいくと暖房あるんだけど・・・

>>48
>氷を細かく砕けばちいさな氷になる。

砕くというのは固体の固まりに力を加えて割るという巨視的な
行為を示すことばで

>分子同士結びついているのを砕いたら

というところの『分子同士結びついているのを』引き離すと
いうのは微視的な行為を示している。

エネルギー的に考えると、大きな氷の固まりが個々の水分子に
分離するまで『砕く』ことに必要なエネルギーは

>液体⇒気体になると想像している漏れ

の『液体⇒気体になる』のに要するエネルギーと等しくなるので
想像されている通り、気体になるということでしょう。

微小空間？がよくわからないー。

kwskっー。

微積分くらい習っているだろう

微積分が一般教養だった時代は遙か昔に終わりました。

マジか

つまりあれか。
ゆでたまご物理学。