Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
本研究ではナノ粒子やナノ多孔体といった微細な構造をもつ多元系合金材料の新規な合成法を開拓する。溶液中でイオン性前駆体から合金ナノ粒子を合成する手法は確立されつつあるが、いまだ組成選択に制限があり、また構造制御も容易ではない。本研究では、あらかじめ合成した多元系セラミックスを前駆体として還元することで多元系合金ナノ材料を得る。前駆体セラミックスの組成やナノ構造を制御しておくことで、所望の組成・構造をもつ多元系合金材料を得る。
本研究では多成分系水酸化物ナノ粒子を原料としたハイエントロピー合金ナノ材料の新規な合成法を模索した。原料とする層状金属水酸化物塩(LHS)は金属イオンが重縮合反応して生成するが、価数が2-4価の金属イオンであれば遷移金属や典型金属を問わず共沈現象によって原子レベルで均質に混合することが知られている。エポキシドを用いるLHS合成法によって、Mn/Fe/Co/Ni/Cuをはじめとした金属種を5つ以上含む系において直径10 nm以下の微細な粒子が得られた。一方で、金属種としてAlを導入した場合には数百nmを超える粒子が生成した。これはナノ粒子生成時の保護材との相互作用の強さが変わったことに起因すると考える。得られたLHSナノ粒子の還元を試みた。LHSの結晶中には有機分子を導入でき、その分解に伴って発生する還元性ガスを利用した金属相生成が可能であることを見出している。不活性雰囲気で焼成した試料を観察すると100 nm程度の大きな粒子が混在するものの一部では10 nm程度の微小な合金粒子の生成が認められた。この手法をより発展させ、足場材にLHSナノ粒子を担持し、粒子同士が接さない分散状態で熱処理した。これによって生成した粒子は5-15 nmとLHSナノ粒子と同程度のスケールであり、それぞれが凝集することなく分散していた。化学組成は仕込み比に近く、組成ずれを起こさないことも明らかにした。カンター合金と類似の組成や既存液相法では難しかったMgを含む組成でもハイエントロピー合金ナノ粒子が得られることを見出した。
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
All 2022 2021
All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results, Open Access: 1 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results, Invited: 2 results)
ACS Applied Materials & Interfaces
Volume: ASAP Issue: 20 Pages: 23653-23659
10.1021/acsami.2c04635
ACS Materials Letters
Volume: 4 Issue: 8 Pages: 1430-1435
10.1021/acsmaterialslett.2c00411
