2016 Fiscal Year Research-status Report
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16K06810
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| Research Institution | Muroran Institute of Technology |
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Principal Investigator |
葛谷 俊博 室蘭工業大学, 工学研究科, 助教 (00424945)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
濱中 泰 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20280703)
関根 ちひろ 室蘭工業大学, 工学研究科, 教授 (60261385)
武田 圭生 室蘭工業大学, 工学研究科, 准教授 (70352060)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 高圧 / アモルファス / 硫化銅 / カルコパイライト / ナノ粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
in-situ測定に適した実験系は未だ不明なところが多い地殻中での結晶鉱物の核発生、結晶成長機構解明へ重要な知見を与えると期待される。このため、本研究ではin-situ測定に適した反応計の設計を第一の目的としている。題材として近年光電材料や熱電材料として注目を浴びている硫化銅系材料を取り上げる。超高圧下で新奇な結晶構造や形態を有する硫化銅、Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族系ナノ粒子を合成、また、ナノ粒子凝集体に超高圧をかけることで集合構造を制御した超格子の創成を目指す。
このような目的の下、本年度は銅チオール錯体に着目し実験を行った。銅チオール錯体は銅水溶液中に1-ドデカンチオールを滴下することで合成した。この物質は疎水性であり、水溶媒中で薄黄色の沈殿物となる。銅チオール錯体を濾過分離した後、乾燥、ヘキサデシルアミンを加え80℃以下の沐浴中で混合した。示差熱分析（DSC）の結果150℃と240℃に吸熱ピークが見られた。TG-DTAの結果では150℃、240℃で2段階の重量減少が観察された。この結果から240℃が銅チオール錯体の分解温度であると判断した。今回、圧力を2GPaとし、昇温速度10℃/min、350℃まで加熱、高温保持せずにクエンチングすることで硫化銅粒子の合成を試みた。この試料をpXRD、TEMで観察した。pXRDの結果、Cu2S相が同定された。TEM観察試料は反応セルごとエタノールに浸漬し超音波洗浄、分散した物質を遠心分離により回収し精製することで作成した。この場合、セル中に含まれる微細な粒子のみ観察できる。観察結果では、針状のナノ粒子を得ることが出来た。高分解能TEM観察の結果アモルファスであり、SAEDではナノ粒子の長軸に対し0.38～0.40nmのブロードな回折スポットが観察された。STEM-EDXではこの粒子中にCuとSが存在することが確認できた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
加圧条件：平成28年度は、金属チオール錯体を原料とするナノ粒子合成系を中心に超高圧合成への展開を目指している。当初はMPa条件下でのナノ粒子合成法を開発する予定であったが。共同研究者関根らのグループが使用する超高圧セルにおいて十分なシーリング性能が得られたことから当初の予定を変更しGPaオーダーから実験を開始した。
前駆体：常温下で固体、加熱により融体に変化する前駆体の設計とその結晶化を目指した。この条件に合致するものとして金属チオール錯体が挙げられるが、基本的に非晶質である。XRDにより粒子の成長過程をin-situ測定するには、前駆体の回折ピークを目印としてビームの照準を合わせる。このため、前駆体が結晶質であることが望ましい。今回、ヘキサデシルアミンを混合することで、ヘキサデシルアミンの回折ピークを目印とすることで解決した。チオール錯体を前駆体とするが、疎水基をアルキル基、フェニル基などに置き換え、実験する予定であったが、今回は単純な直鎖基を疎水基として持つドデカンチオールのみを検討した。
その他：また多元系であるカルコパイライト系列も実験を行う予定であったが、今回は硫化銅のみ検討することとなった。
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| Strategy for Future Research Activity |
ダイアモンドアンビルセルを併用することで光学測定によりナノ粒子の成長過程を追跡する。また放射光施設にてX線小角散乱測定を行い、粒子サイズの変化を追跡する。超高圧下で硫化銅とInチオラートを反応させることで新規な構造を持つCuInS2ナノ粒子の合成を目指す。ここでは超高圧下における硫化銅ナノ粒子とインジウム錯体との反応について検討を行う。XRDによるin-situ測定を行いカチオン交換過程について検討を行いたい。
加圧によるナノ粒子凝集体の秩序化 単分散ナノ粒子は自己組織化によりその形状やサイズに応じた超格子を形成することが知られている。我々は、アモルファス型構造を取るナノ粒子凝集体に圧力を加え、凝集構造が変化するか小角X線散乱により検討を加えたい。粒子間の相互作用はキャッピング剤の疎水基に影響を受けると考えられる。この項目では、疎水基のサイズや構造すなわち、疎水基がアルキル基の場合、鎖長n（CH3-(CH2)n-））や2重結合の導入、また疎水基の種類（アルキル基以外ではフェニル基など）の影響を検討していく予定である。
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| Causes of Carryover |
ヒータ組み込み型ダイアモンドアンビルセルの開発を次年度に行うため繰越を行った。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
ヒータ組み込み型ダイアモンドアンビルセルの開発を行う。特に断熱材の加工に使用する。
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