環境低負荷プロセスによる材料表面への低次元酸化物ナノ構造の高次構築

• Project Area: Fusion Materials: Creative Development of Materials and Exploration of Their Function through Molecular Control
• Project/Area Number: 23107506
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 関野 徹 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (20226658)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2012: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2011: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
• Keywords: ナノ材料 / 表面・界面物性 / 自己組織化 / 低次元ナノ構造 / 生体材料 / 融合機能 / 室温溶液プロセス / 構造化機構

Outline of Annual Research Achievements

高次に構造設計・制御された酸化物低次元ナノ構造体を自己組織化的に多様な基材表面へ形成させ、表面のナノアーキテクチャーを簡便且つ高精度に構築する技術およびその構造体を創出すると共に、低次元ナノ構造と材料物性とを共生的に融合し、生体適合性など多彩な表面機能を具現化させることを目的とした研究を行い、以下の知見を得た。
1.　チタニウムなどの金属基板表面に、室温から120℃程度の範囲におけるアルカリ溶液処理プロセスで、ナノシートやナノチューブ構造を持つ低次元ナノ構造体酸化物を形成することに成功した。形成した構造は非晶質ナノ構造であること、ネットワーク状ポーラス構造であることを見いだした。
2.　本プロセスの制御因子である処理温度、アルカリ種類、処理濃度および処理時間が表面のナノ構造に与える影響について系統的に精査し、その相関を見いだした。特に温度・時間によりナノレベルで異なる形態・サイズを持つ低次元ナノネットワーク構造を形成することが可能であることを見いだした。
3.　プロセス過程における構造・化学種の解析を行い、ナノ構造表面が多層階層的構造を持つこと、これら構造形成メカニズムの推定を行った。
4.　ナノチューブ構造表面の場合、無機イオン吸着能に優れることを見いだす一方、ナノシートネットワーク構造表面の場合、そのスケールに応じて細胞接着性・増殖性が改善できることなど、本低次元ナノ構造表面が生体適合性を有することを確認した。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Synthesis of Sm-doped TiO2 Nanotube and Analysis of Its Methylene Blue Removal Properties under Dark and UV Irradiated Conditions (2013)
  • Author(s): D. J. Park, T. Sekino, S. Tsukuda, and S.-I. Tanaka
  • Journal Title: Res. Chem. Intermed. Volume: 39 Issue: 4 Pages: 1581-1591
  • DOI: 10.1007/s11164-012-0614-x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis of Er3+ loaded barium molybdate nanoparticles: A new approach for harvesting solar energy (2013)
  • Author(s): Rajesh Adhikari, Gobinda Gyawali, Tae Ho Kim, Tohru Sekino, Soo Wohn Lee
  • Journal Title: Materials Letters Volume: 91 Pages: 294-297
  • DOI: 10.1016/j.matlet.2012.10.004
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fabrication of epoxy/silicon nitride nanowire composites and evaluation of their thermal conductivity (2013)
  • Author(s): Takafumi Kusunose, Takashi Yagi, Shakhawat H. Firoz, Tohru Sekino
  • Journal Title: Journal of Materials Chemistry A Volume: 1 Issue: 10 Pages: 3440-3445
  • DOI: 10.1039/c3ta00686g
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nanostructures and physicochemical properties of Pt nanoparticle-loaded titania nanotubes synthesized by photoreduction method (2012)
  • Author(s): D. J. Park, T. Sekino, S. Tsukuda, S.-I. Tanaka
  • Journal Title: Journal of the Ceramic Society of Japan Volume: 120 Issue: 1403 Pages: 307-310
  • DOI: 10.2109/jcersj2.120.307
  • NAID: 130004480069
  • ISSN: 1348-6535, 1882-0743
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 酸化物ナノチューブの構造修飾による機能化 (2012)
  • Author(s): 関野 徹，朴 動鎮，金 長烈，田中俊一郎
  • Journal Title: マテリアルインテグレーション Volume: 25[3] Pages: 17-24
• [Journal Article] Synthesis of Sm-doped TiO_2 nanotube and analysis of its methylene blue removal properties under dark and UV irradiated conditions (2012)
  • Author(s): D.J.Park, T.Sekino, S.Tsukuda, S.-I.Tanaka
  • Journal Title: Research on Chemical Intermediates Volume: 38(印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Morphology Modification of TiO2 Nanotubes by Controlling the Starting Material Crystallite Size for Chemical Synthesis (2011)
  • Author(s): J. Y. Kim, T. Sekino, D. J. Park, S.-I. Tanaka
  • Journal Title: J. Nanopart. Res. Volume: 13 Issue: 6 Pages: 2319-2327
  • DOI: 10.1007/s11051-010-9990-6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Anodic TiO2 Nanotubes Powder and Its Application in Dye-sensitized Solar Cells (2011)
  • Author(s): N. F. Fahim and T. Sekino
  • Journal Title: J. Nanopart. Res. Volume: 13 Issue: 12 Pages: 6409-6418
  • DOI: 10.1007/s11051-011-0393-0
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Infruense of Titanium Oxide Nanotubes on Rat Bone Marrow Stromal Cells (2011)
  • Author(s): H.Nishida, H.Egusa, T.Sekino, Y.Taguchi, S.Komasa, K.Kusumoto, M.Tanaka, K.Yamamoto
  • Journal Title: J.Jpn.Assoc.Oral Reabili Volume: 24 Pages: 52-57
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 励起反応場の高次制御に基づく多様なナノ機能材料の創成 (2011)
  • Author(s): 田中俊一郎, 関野徹, 佃諭志
  • Journal Title: マテリアルインテグレーション Volume: 24[4-5] Pages: 86-91
• [Presentation] 熱処理による酸化チタンナノチューブの発生ラジカルへの影響 (2013)
  • Author(s): 小松首人， 西田尚敬， 関野 徹， 山本一世
  • Organizer: 第７回ナノ・バイオメディカル学会大会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2013-01-24
• [Presentation] Low-dimensional Nanostructured Oxides Formation on Ti-based Metal Surfaces by Solution Chemical Eco-processing (2013)
  • Author(s): Tohru Sekino, Koki Kaga, Yoshitomo Honda, Hisataka Nishida, Koh-Ichi Kuremoto, Shun- Ichiro Tanaka
  • Organizer: The 14th International Symposium on Eco-materials Processing and Design (ISEPD2013)
  • Place of Presentation: Kagoshima, Japan
  • Year and Date: 2013-01-15
  • Invited
• [Presentation] Nano-architecture Formation on the Surface of Ti based Metals by Solution Chemical Processing (2012)
  • Author(s): K. Kaga, T. Sekino, H. Nishida, Y. Honda, K. Kuremoto, S.-I. Tanaka
  • Organizer: The 5th International Symposium Functional Materials (ISFM2012)
  • Place of Presentation: Perth, Western Australia
  • Year and Date: 2012-12-17
• [Presentation] 酸化チタンナノチューブの触媒機能に及ぼすCr添加の影響 (2012)
  • Author(s): 塚本浩兆、加賀晃樹、金世勲、関野 徹、田中俊一郎
  • Organizer: 第11回日本金属学会東北支部 研究発表大会
  • Place of Presentation: 仙台市
  • Year and Date: 2012-12-13
• [Presentation] Tuning of Titania Nanotubes for Physical-chemical Multifunctionalization (2012)
  • Author(s): Tohru Sekino, Dong Jin Park, Soo Wohn Lee, Shun-Ichiro Tanaka
  • Organizer: The 29th International Korea-Japan Ceramic Seminar (K-J Ceramics 29)
  • Place of Presentation: Daegu, Korea
  • Year and Date: 2012-10-21
  • Invited
• [Presentation] Structure Tuning of Titania Nanotubes and their Photochemical Multifunctions (2012)
  • Author(s): Tohru Sekino, Dong Jin Park, Sehoon Kim, Soo Wohn Lee, Shun-Ichiro Tanaka
  • Organizer: IUPAC 8th International Conference on Novel Materials and Synthesis (NMS-VIII)
  • Place of Presentation: Xi’an, P. R. China
  • Year and Date: 2012-10-14
  • Invited
• [Presentation] 溶液化学反応場によるTi 合金表面の低次元酸化物ナノ構造の形成 (2012)
  • Author(s): 加賀晃樹, 関野 徹, 田中俊一郎, 西田尚敬, 呉本晃一
  • Organizer: 日本セラミックス協会第25回秋季シンポジウム
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2012-09-19
• [Presentation] Low-dimensional Oxide Nanostructures Formation on Metal Surface via Low-temperature Eco-processing (2012)
  • Author(s): Tohru Sekino, Koki Kaga, Hisataka Nishida, Koh-Ichi Kuremoto, Satoshi Tsukuda, and Shun-Ichiro Tanaka
  • Organizer: International Union of Materials Research Society -International Conference in Asia 2012 (IUMRS-ICA 2012)
  • Place of Presentation: Busan, Korea
  • Year and Date: 2012-08-26
• [Presentation] Synthesis and Physical-Chemical Characteristics of Titania Nanotubes and their Roles on Sensitized Solar Cell Electrode (2012)
  • Author(s): Tohru Sekino, Dong Jin Park, Jang-Yul Kim, Soo Whon Lee, Shun-ichiro Tanaka
  • Organizer: The 21st International Materials Research Congress (IMRC2012)
  • Place of Presentation: Cancon, Mexico
  • Year and Date: 2012-08-12
  • Invited
• [Presentation] Modification of Titania Nanotubes and their Synergistic Enhancement of Environmental and Energy Function, a (2012)
  • Author(s): T.Sekino, D.J.Park, S.W.Lee, S.-I.Tanaka
  • Organizer: The 3rd Symposium for the Global Research Laboratory Program of Korea
  • Place of Presentation: KIST, Seoul, Korea
  • Year and Date: 2012-02-21
• [Presentation] 環境低負荷プロセスによる材料表面への低次元ナノ構造酸化物の構築 (2012)
  • Author(s): 関野徹、加賀晃樹、田中俊一郎
  • Organizer: 融合マテリアル第4回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 大阪大学中之島センター(大阪市)
  • Year and Date: 2012-01-30
• [Presentation] 溶液化学反応場制御による酸化チタンナノチューブのエネルギー創製機能 (2012)
  • Author(s): 関野徹, 朴動鎭, 金長烈, 田中俊一郎
  • Organizer: 日本金属学会2012年春期(第150回)大会
  • Place of Presentation: 横浜国立大学(横浜市)(基調講演)
• [Presentation] Architecture Control of TiO_2 Nanotubes under Solution Chemical Processing and their Role on DSSC Performance (2012)
  • Author(s): T.Sekino, J.-Y.Kim, S.Tsukuda, T.Kusunose, S.W.Lee, S.-I.Tanaka
  • Organizer: The 13th International Symposium on Eco-Materials Processing and Design (ISEPD2012)
  • Place of Presentation: Lijiang Waterfall Hotel (Guilin, China)(Invited)
• [Presentation] 常温での溶液化学反応場による金属表面の低次元ナノ構造構築 (2012)
  • Author(s): 加賀晃樹, 関野徹, 西田尚敬, 呉本晃一, 田中俊一郎
  • Organizer: 日本金属学会2012年春期(第150回)大会
  • Place of Presentation: 横浜国立大学(横浜市)
• [Presentation] 温での溶液化学反応場によるTi合金表面の低次元ナノ構造構築 (2012)
  • Author(s): 加賀晃樹, 関野徹, 西田尚敬, 呉本晃一, 田中俊一郎
  • Organizer: 日本セラミックス協会2012年年会
  • Place of Presentation: 京都大学(京都市)
• [Presentation] Photo-irradiation-induced Phenomena in Functionalized Titania Nanotubes (2012)
  • Author(s): T.Sekino, D.J.Park, S.Tsukuda, S.W.Lee, S.-I.Tanaka
  • Organizer: The CJK2012 Seminar and Spring Workshop
  • Place of Presentation: TEMF Hotel (Gyeongju, Korea)
• [Presentation] 酸化チタンナノチューブの創製とその光化学機能 (2011)
  • Author(s): 関野徹, 朴動鎭, 金長烈, 田中俊一郎
  • Organizer: 平成23年度化学系学協会東北大会ナノマテリアルコロキウム
  • Place of Presentation: 東北大学(仙台市)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-09-17
• [Presentation] Sm固溶によるTiO2ナノチューブの光学および化学的機能化 (2011)
  • Author(s): 関野徹, 朴動鎭, 田中俊一郎
  • Organizer: 日本セラミックス協会第24回秋季シンポジウム合同セッション
  • Place of Presentation: 北海道大学(北海道札幌市)(招待講演)
• [Presentation] Architecture and Functions Tuning of Oxide Nanotubes for Solar Energy Conversion (2011)
  • Author(s): T.Sekino, J.-Y.Kim, S.-I.Tanaka
  • Organizer: The 9th International Meeting of Pacific Rim Ceramic Societies (PacRim9)
  • Place of Presentation: Cairns Convention Centre (Cairns, Australia)(Invited)
• [Presentation] Photo- and Physico-chemical Functionalization of TiO2 Nanotubes via Rare Earth Doping (2011)
  • Author(s): T.Sekino, D.J.Park, J.-Y.Kim, S.W.Lee, S.-I.Tanaka
  • Organizer: The 7th International Conference on High-Performance Ceramics (CICC-7)
  • Place of Presentation: Xianglu Grand Hotel (Xiamen, China)
• [Presentation] Structure and Function Tuning of TiO_2 Nanotubes and their Application to Environmental and Energy Systems (2011)
  • Author(s): Tohru Sekino
  • Organizer: BIT'S 1st Annual World Congress of Nano-S&T
  • Place of Presentation: World EXPO Centre (Dalian, China)
• [Presentation] Direct Synthesis of Low-dimensional Oxide Nanostructures on Materials Surface via Low Temperature Chemical Processes (2011)
  • Author(s): T.Sekino, K.Kaga, T.Miwa, H.Nishida, S.-I.Tanaka
  • Organizer: The 1st International Symposium on Fusion Materials
  • Place of Presentation: Toba Hotel International (Toba, Mie, Japan)
• [Presentation] Photoelectrochemical Studies on Anodic TiO_2 Nanotubes as Photoanode in Dye-sensitized Solar Cells (2011)
  • Author(s): N.F.Fahim, T.Sekino
  • Organizer: The 9th International Meeting of Pacific Rim Ceramic Societies (PacRim9)
  • Place of Presentation: Cairns Convention Centre (Cairns, Australia)
• [Book] 触媒調製ハンドブック(第5編光触媒第6節TiO_2ナノチューブ) (2011)
  • Author(s): 関野徹(分筆)
  • Publisher: (株)エヌ・ティー・エス