2021 Fiscal Year Research-status Report
異分野理論の融合による磁性ナノ粒子の誘導加熱理論の確立と新規合成プロセスの開発
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19K05216
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
岩崎 智宏 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50295721)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 磁性ナノ粒子 / 誘導加熱 / 磁気ハイパーサーミア / フェライト |
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| Outline of Annual Research Achievements |
がん温熱療法（磁気ハイパーサーミア）は患者の身体的・精神的・経済的負担を小さくできるため実用化が期待されている。そのためには発熱体である磁性ナノ粒子の誘導加熱を制御する因子を明らかにする新しい理論の確立とともに、最適な物性・特性をもつ磁性ナノ粒子を設計し、これを的確に合成する新規プロセスの構築を行わなければならない。理論の確立では従来の理論で問題とされてきたナノ粒子の粒子径分布の考慮だけでなく、異分野の理論を融合する必要がある。さらに、新しい理論に基づいて設計した最適な磁性ナノ粒子を合成する手法として、誘導加熱の主要な支配因子の一つである、ナノ粒子内の結晶構造に対して直接的な変化をもたらすことが可能な機械的エネルギーを利用するメカノケミカル処理を採用した新規プロセスが有望である。以上を踏まえ、2021年度では、ナノ粒子の凝集状態が誘導加熱に及ぼす影響について検討した。ナノ粒子が凝集することにより、誘導加熱メカニズムの重要因子である緩和機構が変化し、発熱量が大きく変化することが実験的に確認できた。ナノ粒子の凝集状態、すなわち凝集体の粒子径分布を誘導加熱のモデル式に考慮することで、発熱量を概ね予測することに成功した。また、遊星ボールミルを反応装置としたメカノケミカルプロセスで磁性ナノ粒子を合成した際、装置の運転条件によって反応成分の反応速度および生成物物性が変化することを確認し、離散要素シミュレーションを用いて合成プロセスの動力学解析を行った結果、ボールの法線方向の衝突エネルギーが反応の進行に対する支配的な因子であることを見いだした。さらに、磁性ナノ粒子に対して極少量のレアアース置換を行うことで、磁気的特性が微妙に変化し、誘導加熱が大きく変化した。以上の結果は、次年度に行う誘導加熱理論の構築の基礎データとなるものであり、理論構築の重要な知見が得られた。
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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
当初の計画に基づいて種々の実験を行い、得られたデータを丁寧に解析した結果、磁性ナノ粒子の結晶子径分布だけでなく、その凝集状態およびレアアースの微量置換による磁気特性の変化が、その誘導加熱に大きな影響を与える可能性が見いだされ、次年度における理論構築に関する検討につながる成果を得ることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の計画通り、従来理論を修正するためのアイデアを異分野から取り入れ、並行して種々の磁性ナノ粒子を合成し、その誘導加熱特性と各種物性との関連性について引き続き詳細に検討する。ナノ粒子の凝集状態をモデル化して誘導加熱理論に組み込むとともに、メカノケミカル合成による結晶構造の変化や、レアアース微量置換に伴う磁気特性の変化についても着目し、正確な誘導加熱予測が可能な理論を構築する。
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