2013 Fiscal Year Annual Research Report
高機能化ナノ粒子材料の合成・分散技術の開発とナノ複合材料への展開
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22246099
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
奥山 喜久夫 広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 特任教授 (00101197)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
荻 崇 広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30508809)
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| Project Period (FY) |
2010-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | ナノ粒子 / 分散技術 / コンポジット材料 / 粉体工学 / 化学工学 |
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| Research Abstract |
平成25年度は、以下に示す研究項目について実施した。これらの研究には、研究代表者および分担者以外に、研究協力者1名、ポスドク2名、ドクター3名、博士課程前期学生2名で分担して取り組んだ。
(1)火炎型および電気炉型噴霧熱分解法によるナノ粒子材料の合成：高純度、高結晶性のナノ粒子を合成できる火炎型噴霧熱分解装置および電気炉型噴霧熱分解装置を用いて酸化タングステンナノ粒子、酸化タングステン酸化チタンコンポジットナノ粒子、カーボンナノ粒子、リチウムマンガンニッケル酸化物のナノ粒子を合成し、操作条件が結晶性、粒子径、比表面積などへ及ぼす影響を定量的に評価し、光触媒特性、電池特性との相関性を明らかにした。
(2)液相法によるナノ粒子材料の合成：連続的に均一なサイズのナノ粒子が合成できる液相沈殿法およびゾルゲル法を用いて、コアシェル構造、中空構造、メソポーラス構造を持つフッ化物ナノ粒子、シリカナノ粒子の合成を実施した。
(3)二軸の媒体撹拌型ビーズミルを用いる各種機能性ナノ粒子の分散：二軸の媒体撹拌型ビーズミル分散装置および全長セパレータ型ビーズミル装置を用いて、(1)および(2)で合成したナノ粒子分散液の作製を行った。特に本年度は、ビーズサイズおよび回転数を最小限に抑えた操作条件でビーズミル分散を行い、可能な限り材料の結晶性を維持した分散条件を明らかにした。
(4)噴霧乾燥法によるナノ粒子構造体の合成と特性評価：(3)で作製したビーズミル分散液を出発溶液として噴霧乾燥法によりナノ粒子の構造体を合成し性能を評価した。具体的には、白金担持カーボンナノ粒子ポーラス構造体の合成と電極触媒性能、フェノールからのメソポーラスカーボン粒子の合成とCO2吸着特性、酸化タングステンのポーラス構造化と光触媒評価を実施した。
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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
平成25年度は、１）噴霧法（火炎場および電気加熱炉）や液相法（マイクロエマルション法）にてナノ粒子の合成を行うと共に、それらのナノ粒子が材料として、高い性能を発揮した点、２）二軸の媒体撹拌型ビーズミル分散装置によって、材料の結晶を維持しながら分散する条件を見出した点、３）噴霧乾燥法で構造が制御されたナノ粒子構造体を作製し、燃料電池材料、光触媒として性能を評価できた点で当初の計画通り、おおむね順調に研究が進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1)噴霧熱分解法によるナノ粒子構造体材料の合成：火炎型噴霧熱分解装置および電気炉型噴霧熱分解装置を用いて、酸化タングステン系ナノ粒子、カーボン微粒子構造体を合成し、操作条件が結晶性、粒子径、比表面積などへ及ぼす影響を定量的に評価し、触媒特性、吸着特性との相関性を明らかにする。また、高分子系の出発溶液からのポーラス構造や中空構造を持った微粒子材料の合成も検討する。
(2)液相法によるナノ粒子材料の合成：マイクロエマルション法を用いてコアシェル、中空、メソポーラス構造を持つシリカナノ粒子、鉄系ナノ粒子、酸化タングステン系ナノ粒子の合成を行う。今年度からは反応速度の早いアルコキシド系の出発原料を用いる。また合成したナノ粒子の収率改善、生産性の向上、分散化を目指す。
(3)二軸の媒体撹拌型ビーズミルを用いる各種機能性ナノ粒子の分散：二軸の媒体撹拌型ビーズミル分散装置を用いて、ナノ粒子分散液の作製を行う。分散対象材料は、酸化チタン、窒化物系、炭酸カルシウムナノ粒子などとする。ビーズ径、分散時間、回転数、分散剤の添加方法が結晶性、粒子径、粒度分布、表面電位、比表面積へ与える影響を実験的に明らかにする。
(4)噴霧乾燥法によるナノ粒子構造体の合成と特性評価：ビーズミル分散液を出発溶液として噴霧乾燥法によりナノ粒子構造体を合成する。粒子径の異なるチタン酸バリウム、シリカ、酸化チタン、カーボンナノ粒子の混合溶液を噴霧することで、多成分系のコンポジット材料を合成し、粒径の異なるナノ粒子の液滴内での自己組織化現象を明らかにする。
(5)コーティング法による構造体薄膜の製造：鉄系ナノ粒子および炭酸カルシウムナノ粒子の分散液を用いて、スピンコーティング法により、ナノ粒子凝集構造およびポーラス構造をもつ薄膜を作製し磁性および熱伝導特性を評価する。
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