2021 Fiscal Year Annual Research Report
低温溶融・接合が可能な金属鉄ナノ粒子ペースト材料の合成
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19K22095
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
高橋 英志 東北大学, 環境科学研究科, 教授 (90312652)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Keywords | 鉄ナノ粒子 / 水溶液中合成 / 錯体構造制御 / 低温焼結材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
物質の融点は、ナノサイズ化により低下する。即ち、我々の生活の基盤である“鉄”のナノ材料が出来れば、融点より十分低い低温で構造材を接合可能となり、産業構造を大きく変えうる。しかしながら、広く知られているように、鉄のナノ材料化は達成されていない。これは、①鉄は酸化しやすくナノ材料化自体が難しいこと、②鉄は安価な材料であり高価格となる様な高度な手法を用いた材料開発では実用化は困難、なためである。そこで本研究では、水溶液中での鉄錯体の状態制御を基礎とした金属鉄ナノ粒子の粒子径制御(＝融点制御)法を構築し、溶融時の鉄元素を構造材内部へと拡散させ接合させるための技術開発を行うことで、低温溶融・接合が可能な金属鉄ナノ粒子ペースト材料(金属間接合材料や欠陥部位の補修・充填剤材料など)を世界に先駆けて開発することを試みることを目的とした。
原料水溶液中において鉄錯体の状態を計算科学を通して制御し、析出した瞬間に表面の還元状態を錯形成で維持することで、粒子径制御された表面酸化物層の無い金属鉄ナノ粒子の水溶液中合成法の開発に挑戦する。更に、合成した鉄ナノ粒子‐バルク鉄間において、ハロゲン化活性種により、融点より十分低い温度で表面清浄化と相互拡散をさせ、構造材として応用すること、を試みる。
ここで、合成した粒子の表面が清浄であることが、その接合状態に大きく影響する。そこで本年度は、粒子の独立性と表面清浄性を制御する手法を開発した。水溶液中合成における表面を腐食する最も大きい原因である酸化を、水溶液中に電位を水素飽和を用いて制御する手法を開発した。その結果、表面が清浄な鉄ナノ粒子が合成可能となった。
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