高密度環境プラズマが拓く二次元ヘテロ構造材料の新展開
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21J13463
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 14030:Applied plasma science-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
井上 健一 東京大学, 新領域創成科学研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
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| Keywords | 液中プラズマプロセス / 六方晶窒化ホウ素 / 表面改質 / 有機／無機複合材料 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究の概要は、異なる二次元物質を積層したヘテロ構造を持つハイブリッドナノフィラーを液相等の高密度環境プラズマによる高速合成を通じて実証することである。単原子層二次元物質を積層したヘテロ構造物質では、有限な層間相互作用によって各層の特性が保持され、高電気伝導度などの優れた物性が発現可能になる。さらに申請者は、異種単層フィラーを接合したヘテロ構造物質は、有機複合材料中において優れた物性を発揮しつつ分散状態を維持できるハイブリッドナノフィラーとなることを着想した。複合材料応用においてヘテロ構造物質の合成量が課題であり、本研究では液相や超臨界流体相中での高密度環境プラズマによる高速合成を検討する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では有機／無機複合材料で用いられる機能性フィラーについて、その表面に異種層を形成することで優れた分散性と新たな機能性を発現させるハイブリッドナノフィラーを着想し、液中プラズマプロセスを用いたその合成・実現を目的とした。実験では、熱伝導性フィラーである六方晶窒化ホウ素(hBN)粒子を対象とし、ヒドロキノン水溶液中プラズマ処理による表面アモルファスカーボン層の形成とそれによる粒子表面特性の改善を試みた。形成したカーボン層はその表面電位によってhBN粒子の分散性を改善させるだけでなく、カーボン層を介したイソシアネート基等の官能基の修飾も可能にすることが昨年度までの研究で明らかになった。最終年度である本年度は、作製されたアモルファスカーボン層を有するhBN粒子についての分析結果を論文としてまとめるとともに、本研究で見出されたこのハイブリッドナノフィラーとポリロタキサンを結合させて作製する架橋フィラーコンポジットの創出にも取り組んだ。架橋フィラーコンポジットはhBN由来の熱伝導性を維持しつつ、表面修飾官能基が強固なフィラー／ポリマー間相互作用をもたらすため、併せてポリマー間架橋密度を調整することで強靭・柔軟なコンポジットを開発することができ、論文として発表も行った。またhBN粒子表面のアモルファスカーボン層がもたらす表面電荷密度と分散メカニズムへの影響について表面電位から考察し、国際シンポジウム(日本MRS学会)にて発表し奨励賞も受賞した。以上のように、本研究課題が目標としたハイブリッドナノフィラーの実証について、液中プラズマを用いてカーボン層修飾hBNを作製することで実現し、高い機能性を持つ新規複合材料の開発まで実施することができた。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(9 results)
