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レーザー照射による光熱効果を利用した局所反応制御とナノ・マイクロ構造作製への応用

Research Project

Project/Area Number 16J01715
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Nanomaterials chemistry
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

瀬戸浦 健仁  大阪大学, 基礎工学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2016-04-22 – 2018-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2016)
Budget Amount *help
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords局在表面プラズモン / 貴金属ナノ粒子 / 光熱効果 / 熱対流 / 光還元 / 光酸化
Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、光学顕微鏡観察下にて金属イオン溶液に還元反応を起こす紫外レーザーと、光熱酸化を誘起する近赤外レーザーを同時照射することで単分散なナノ粒子を作製することである。紫外レーザーの照射のみでも金属ナノ構造の作製は可能であるが、制御性に困難がある。高強度の近赤外レーザー照射は、光熱変換によって局所的な温度上昇を引き起こすためナノ構造を酸化溶解させるか、もしくは溶液中に制御された熱対流を駆動するので、局所反応制御に新たな自由度を与える。2種類のレーザーの強度比を変化させることで、局所反応場における酸化・還元反応の比率および対流を制御し、単分散なナノ粒子を作製する方法を確立する。
本年度ではまず、対流の制御法の検討および金属イオンの光還元における反応機構の解明の2点に取り組んだ。一般的に、局所的な温度勾配に誘起されるのは浮力に駆動される自然対流だが、金属ナノ粒子に高強度な近赤外レーザーを照射するとナノスケールのバブルが形成することがあるため、表面張力の寄与するマランゴニ対流も反応制御に利用できる。本年度の前半は光熱変換に誘起されるナノ・マイクロスケールの対流について種々の実験と数値シミュレーションを行い、自然対流とマランゴニ対流の寄与の割合を解明することで、決定的な対流の制御パラメーターを見出した(Nanoscale, 2017, 9, 719)。他方で溶液中の金属イオンに紫外-可視光を照射した際の光還元反応の機構には未解明な点が多く、ナノ構造作製の方法論を確立する上での大きな問題となることが想定された。そこで本年度の後半では、還元に用いるレーザーの波長・強度などを変数として実験を行ったところ、光還元の反応機構をほぼ特定することに成功した。こちらについては現在論文投稿中である。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Report

(1 results)
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (6 results)

All 2017 2016

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Stationary Bubble Formation Marangoni Convection Induced by CW Laser Heating of a Single Gold Nanoparticle2017

    • Author(s)
      Kenji Setoura, Syoji Ito, Hiroshi Miyasaka
    • Journal Title

      Nanoscale

      Volume: 9 Issue: 2 Pages: 719-730

    • DOI

      10.1039/c6nr07990c

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 金ナノ粒子のプラズモニック加熱によるバブル生成と熱対流の制御2017

    • Author(s)
      瀬戸浦 健仁; 伊都 将司; 宮坂 博
    • Organizer
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(神奈川県・横浜市)
    • Year and Date
      2017-03-14
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 金ナノ粒子のプラズモニック加熱によるナノバブル生成と熱対流の駆動2017

    • Author(s)
      瀬戸浦 健仁
    • Organizer
      新学術領域「高次複合光応答」第5回若手セミナー
    • Place of Presentation
      大阪大学(大阪府・豊中市)
    • Year and Date
      2017-01-20
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 金ナノ粒子のレーザー加熱によるナノバブル生成と熱対流の駆動2017

    • Author(s)
      瀬戸浦 健仁; 伊都 将司; 宮坂 博
    • Organizer
      新学術領域「光圧ナノ物質操作」第1回公開シンポジウム
    • Place of Presentation
      千葉大学(千葉県・千葉市)
    • Year and Date
      2017-01-17
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] CW-Laser-induced Formation of Silver Nanoparticles from a Silver Salt Solution at a Water-Glass Interface: Excitation Wavelength Dependence of Photoreduction2016

    • Author(s)
      Kenji Setoura, Masaya Yamada, Syoji Ito, Hiroshi Miyasaka
    • Organizer
      9th Asian and Oceanian Photochemistry Conference
    • Place of Presentation
      南洋理工大学(シンガポール)
    • Year and Date
      2016-12-04
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Fabrication of silver nanoparticles at a water-glass interface from a silver salt solution by CW laser irradiation: excitation wavelength dependence of photoreduction2016

    • Author(s)
      SETOURA, Kenji; YAMADA, Masaya; ITO, Syoji; MIYASAKA, Hiroshi
    • Organizer
      2016年光化学討論会
    • Place of Presentation
      東京大学(東京都・目黒区)
    • Year and Date
      2016-09-06
    • Related Report
      2016 Annual Research Report

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Published: 2016-05-17   Modified: 2024-03-26  

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