超断熱微小空間を持つ複合粒子のサーモクロミック応答特性の解明

• Project/Area Number: 23K26494
• Project/Area Number (Other): 23H01801 (2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 28030:Nanomaterials-related
• Research Institution: Nagoya Institute of Technology
• Principal Investigator: 藤 正督 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50238523)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2028-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥18,590,000 (Direct Cost: ¥14,300,000、Indirect Cost: ¥4,290,000); Fiscal Year 2027: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2026: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2025: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2024: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2023: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
• Keywords: サーモクロミック（TC） / ナノ中空粒子 / サーモクロミック / 中空粒子

Outline of Research at the Start

ナノ中空粒子の微小空間による超断熱異常場が存在することが、これまでの研究成果から予見されている。しかしながら、この異常場の詳細は未だ解明されていない。この学理を追求することで新たな材料設計の指針としたい。本研究では温度応答（サーモクロミック）現象をベースとして微小空間による超断熱異常場の学理探求を行うとともに、その成果による材料設計により実用に耐えうる材料も得たいと思っている。

Outline of Annual Research Achievements

ナノ中空粒子の微小空間による超断熱異常場が存在することが、これまでの研究結果から予見されている。しかしながら、この異常場の詳細は未だ解明されていない。本研究では温度応答（サーモクロミック）現象をベースとして微小空間による超断熱異常場の学理探求を行う。研究成果から得られた新たな材料設計指針により実用的材料への展開を期待する。具体的には、温度応答性（サーモクロミック：TC）遮熱機能とナノ中空粒子による超断熱効果を併せ持つ粒子の設計および合成ルート方法を検討する。この複合粒子をポリマーに充填するフィラーとすることで、冷暖房の消費電力を大幅に削減可能な夏冬を問わず省エネに貢献しうるスマートウィンドウ (SW)フィルムの研究開発を行う。特にサーモクロミックナノ粒子とナノ中空粒子の重畳効果による異常場での温度応答制御が実現可能である新しい機能性粒子の材料研究を実施する。
上記目的を達成するために、初年度は、ナノ中空粒子の合成条件の検討を行った。異常場の効果が顕著となるようナノ中空粒子のさらなる微小化を行い、その合成法について検討を行った。さらにサーモクロミック材料の選定を行い、ナノ中空粒子への表面修飾や内包化のための方法について検討を進めた。微小空間を反応場とする前駆体からのサーモクロミック材料合成に特異性が見出された。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

サイズやシェル厚、密度を制御された中空シリカナノ粒子の合成を、ナノエマルション液滴をテンプレートとすることで実現可能とした。微小空間をかたちづくる中空粒子のシリカシェル構造の評価進めることができた。サーモクロミック物質の内包化の過程で、微小空間の反応場としての特異性を新たに見出すことができた。

Strategy for Future Research Activity

サーモクロミック前駆体を中空粒子に内包化させ、中空粒子内部でのサーモクロミック物質の合成法について検討を進める。これを通じて、特異的反応場としての中空構造の特異性について理解を深める。

Research Products

• [Presentation] TEOS及びその調整された前駆体を用いた中空粒子の合成 (2023)
  • Author(s): 市原 稜真、吉田 祐生、Wen Quanyue、Jiang Xinxin、藤本 恭一、堀田 禎、石原 真裕、藤 正督
  • Organizer: 粉体工学会 2023年度春期研究発表会
• [Presentation] ケイ酸ナトリウム水溶液から合成した中空シリカナノ粒子のシェル構造制御 (2023)
  • Author(s): 宮脇 豪記、野尻 凌平、Wen Quanyue、Jiang Xinxin、石原 真裕、藤 正督
  • Organizer: 日本セラミックス協会 第36回秋季シンポジウム
• [Presentation] PAA/NH4OHエマルジョンテンプレート法を用いた高分散中空シリカナノ粒子の合成 (2023)
  • Author(s): 水越 葵、吉田 祐生、田中 菜緒、Wen Quanyue、Jiang Xinxin、石原 真裕、藤 正督
  • Organizer: 日本セラミックス協会 第36回秋季シンポジウム
• [Presentation] エマルジョンテンプレート法を用いた 中空粒子合成における攪拌動力の影響 (2023)
  • Author(s): 市原 稜真、吉田 祐生、Wen Quanyue、Jiang Xinxin、堀田 禎、石原 真裕、藤 正督
  • Organizer: 粉体工学会 省エネルギーに貢献する粒子設計・粉体プロセスの薬工連携研究会 2023年度若手研究者討論会
• [Presentation] Synthesis and dielectric properties evalution of hollow silica nanoparticles (2023)
  • Author(s): Quanyue WEN, Masayoshi FUJI
  • Organizer: International Conference on Powder and Powder Metallurgy, 2023, Kyoto (JSPMIC2023)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] エマルジョンテンプレートへのエチレングリコール添加が中空粒子シェル構造に及ぼす影響 (2023)
  • Author(s): 石井 健斗、吉田 祐生、Wen Quanyue、Jiang Xinxin、堀田 禎、藤本 恭一、石原 真裕、藤 正督
  • Organizer: 無機マテリアル学会 第147回学術講演会
• [Presentation] エマルジョンテンプレート法による中空シリカナノ粒子合成プロセスへのポリエチレングリコール添加効果 (2023)
  • Author(s): 石井 健斗、吉田 祐生、WEN Quanyue、JIANG Xinxin、堀田 禎、藤本 恭一、藤 正督
  • Organizer: 第60回粉体に関する討論会
• [Presentation] 中空シリカナノ粒子を導入した低誘電率コンポジット材料の作製 (2023)
  • Author(s): 棚橋 郁弥、Wen Quanyue、石井 健斗、Jiang Xinxin、堀田 禎、藤本 恭一、藤 正督
  • Organizer: 日本セラミックス協会第62回セラミックス基礎科学討論会
• [Presentation] 電気泳動堆積法による中空シリカナノ粒子/CNFコンポジット薄膜の作製 (2023)
  • Author(s): 吉田 祐生、石井 健斗、Edalati Parisa、堀田 禎、Jiang Xinxin、藤 正督
  • Organizer: 日本セラミックス協会第62回セラミックス基礎科学討論会
• [Presentation] TEOS 及びその調整された前駆体を用いた中空粒子の合成と構造の制御 (2023)
  • Author(s): 市原 稜真、吉田 祐生、Wen Quanyue、Jiang Xinxin、堀田 禎、石原 真裕、藤 正督
  • Organizer: 2023年度粉体工学会秋期研究発表会
• [Presentation] 中空シリカナノ粒子を用いた低誘電率複合材料の作製 (2023)
  • Author(s): 棚橋 郁弥、WEN Quanyue、石井 健斗、Jiang Xinxin、堀田 禎、藤本 恭一、藤 正督
  • Organizer: 無機マテリアル学会第147回 学術講演会
• [Book] 中空粒子の合成と応用 (2023)
  • Author(s): 藤 正督、高井 千加
  • Total Pages: 29
  • Publisher: CMC出版