| Project/Area Number |
23K23432
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| Project/Area Number (Other) |
22H02164 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 36010:Inorganic compounds and inorganic materials chemistry-related
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
杉本 渉 信州大学, 学術研究院繊維学系, 教授 (20313843)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中戸 晃之 九州工業大学, 大学院工学研究院, 教授 (10237315)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
Fiscal Year 2025: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
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| Keywords | ナノシート / フラクタル / 液晶 / コロイド / 多孔体 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究ではナノシートをビルディングブロックとして、賦活法に頼らない活性炭類似構造の合成法を開発する。３次元性を備えたナノシートのフラクタル次元を制御するために、電気泳動堆積に液晶性（自己集合）や電場配向を適切に組み合わせ、所望の集積構造を構築する。グラフェン以外のナノシートをビルディングブロックとして活性炭類似構造を構築することができるようになれば、その概念の拡張により、酸化物、非酸化物、メタルナノシートなど様々な材料系に展開することができ、“活性シリカ”や“活性チタニア”、さらには“活性メタル”などこれまでに類のない多孔体への道が開拓できる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度までに、ヘキサニオブ酸ナノシートコロイドに交流電場を印可する際に、直流バイアスを印可する（直流のオフセット電場を印可する）ことでナノシート液晶ドメインが泳動されるか検討した。高濃度ナノシートコロイドを用いた場合、ピッカリングエマルションに起因する直径300マイクロメートルの円形構造体が観察された。マクロ細孔を形成させるには好都合な細孔であると考えられる。
本年度は、主に液晶ドメインの構造とアイステンプレート（凍結乾燥）で得られる多孔質構造との関係を検討した。液晶ドメインの形成およびナノシート液晶はそれぞれ偏光顕微鏡（POM）、走査型電子顕微鏡（SEM）によりにより観察した。NLCの構造と凍結乾燥後の集積構造をそれぞれ観察した。
ナノシートコロイドを静置し、液晶ドメインの成長を促した後に交流電場を印加した。交流電場の印加によりナノシートはコロイド中で液晶ドメイン間の境界に沿って再配向し、重力方向に沿った縞状のマクロ構造を形成する。これを凍結乾燥すると、縞状のマクロ構造が観察された。一方、液晶ドメインが成長していないコロイドを凍結乾燥した場合、マクロ構造は見られなかった。このことから、凍結乾燥後の集積体のマクロ構造は、電場により配向したナノシート液晶のマクロ構造に由来すると考えられる。これらの結果より、凍結乾燥法により電場配向したナノシート液晶のマクロな構造を集積体へ転写する有効な手法であることが分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度計画していた構造形成手法の検討については、液晶ドメインが多孔質構造に反映されることを見出した。また、その構造解析についても一定の成果を挙げた。一方、非水溶媒の検討およびSAXSによる構造解析については次年度持ち越した。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究課題３年目となる２０２４（令和６）年度は、これまでに得た成果を踏まえ、水系溶媒から非水溶媒へ展開する。非水溶媒をコロイド分散媒とすることで、より小さな氷晶が得られ、メソ領域の細孔制御が可能と期待できる（WP1）。また、コロイドのナノシートの状態解析（ゼータ電位、粒度分布）を進め、最終的に得られる細孔構造の評価・解析を進める。これにより、ナノシート液晶の構造が、凍結乾燥後に得られる多孔質構造体にどの程度構造決定に影響を及ぼすかを考察する。これらを通して、多孔体形成機構の解明に努める。また、配向制御ナノシートのフラクタル次元構造のモデル化のために、とくにナノシートの粒度分布と塩濃度に着目し、泳動現象、液晶形成のメカニズム解明を進める。
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