2015 Fiscal Year Research-status Report
オリエンテッドアタッチメントによる結晶成長の解明とナノ材料合成への応用
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15K14129
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
今井 宏明 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (70255595)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 結晶成長 / 自己組織化 / 自己集合 / ナノ粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
数ナノメートルの小さなユニットが配向して連結していく「オリエンテッドアタッチメント」によって結晶が成長するという現象が報告されている。本研究では、ナノ粒子のオリエンテッドアタチメント現象を、特定の媒質系を用いて自在に発現・制御し、そのプロセスの詳細な観測から理論を構築するとともに、多様な物質系における任意のサイズ・形状・サイトのオリエンテッドアタッチメントによる結晶材料合成プロセスを発展させることを目的とする。平成27年度は以下の4点について取り組み、それぞれについて成果が得られている。
(1) 酸化マンガンナノブロックの安定化について媒質の種類や両親媒性分子の関与を検討した。その結果、オレイン酸によって被覆された疎水性ナノブロックの特定面（c面）のみを分子交換によって親水化し、これまで疎水媒質中でa軸方向に一次元配列する特性をもつナノブロックを、同じ媒質中でc軸方向の一次元に配列することが可能となった。
(2)二酸化チタンのナノブロックの合成に取り組み、その配列制御を試みた。エタノール媒質中でオレイン酸およびオレイルアミンを添加剤とすることで矩形ナノブロックを合成し、媒質環境によってa軸一次元配列およびa軸二次元配列の作り分けを達成した。
(3)水酸アパタイトのナノブロックを水熱合成し、オレイン酸およびテトラオクチルアンモニウムを添加してトルエンあるいはエタノール中に分散させた。媒質および分子の選択によって、a軸方向およびc軸方向の一次元配列を実現した。
(4)カルサイト型炭酸カルシウムナノブロックを水酸化カルシウムの炭酸化によって合成し、pH条件および衝突頻度の増加によってc軸方向の一次元配列が生じることを見出した。
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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
前述のように、2種類の酸化物、リン酸塩、炭酸塩系結晶において、ほぼサイズと形状がそろったナノブロックの合成条件を明らかにするとともに、添加分子や媒質の環境設定によって配向性を制御した配列現象を見出した。これはナノブロックの合成とその秩序配列が普遍的に起こり得ることを示している。これは、当初に計画した多様な物質系におけるオリエントアタッチメント現象の解明と制御の大きな手がかりを提供するものである。したがって、本研究課題は、おおむね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の第二段階では構造構築に向けた物質選択をおこない、そのオリエンテッドアタッチメントによる結晶作製のための基本コンセプトと実際的な方法論の確立を目指す。27年度の結果からオリエンテッドアタッチメント発現の基本要素を備えているもっとも扱いやすい物質系を選択して、水系および非水溶媒におけるオリエンテッドアタッチメントのサイズ・方位・サイトの制御に焦点を当てて検討を進める。具体的には、サイズおよび形状の均一性が高い、酸化セリウム、酸化マンガン、炭酸カルシウム系結晶ナノブロックが候補となる。各種の基材表面と水系・非水系溶媒の組み合わせを検討し、ナノブロックの任意なオリエンテッドアタッチメント現象の発現にむけた結晶成長技術の獲得を目指す。
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| Causes of Carryover |
当初の予定では平成27年度に、多様な物質系においてナノブロックの合成手法の確立を目指して試薬や装置類の調達のために物品費を確保していた。しかし、手持ちの試薬と器具を最大限に活用し、最低限の試薬と器具類の調達によって前述のように多種類のナノブロックの合成という大きな成果を得ることができたため、物品費使用額は予定よりも少額となっている。一方、平成28年度には、ナノブロックの配列による秩序構造の構築を目指しており、配列制御の条件を探るために大量のナノブロックの合成が見込まれるために、平成27年度経費を次年度に使用して試薬や器具を購入するとともに精密な解析をおこなうことで、研究をスムーズに遂行することが可能になると考えられる。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成27年度未使用額については、平成28年度において、ナノブロックの大量合成と秩序配列のための試薬や器具類、さらに、解析のための装置類の消耗品や利用料などに使用する。そのため、物品費およびその他費用としての支出を計画している。
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Research Products
(6 results)
