ナノ秒技術とナノテクの融合による無機材料配向焼結手法の開発

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24246108
• Research Institution: Nagaoka University of Technology
• Principal Investigator: 中山 忠親 長岡技術科学大学, 工学部, 准教授 (10324849)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 末松 久幸 長岡技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30222045) ; 関野 徹 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (20226658) ; 安田 公一 東京工業大学, 理工学研究科, 准教授 (20191306) ; 和田 匡史 一般財団法人ファインセラミックスセンター, その他部局等, 研究員 (30426506) ; 床井 良徳 長岡工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (80572742)
• Project Period (FY): 2012-10-31 – 2015-03-31
• Keywords: 無機材料科学 / ナノ秒パルス / 配向制御 / セラミックスプロセッシング

Research Abstract

前年度までに開発されたナノ秒パルス電源を用い、スラリー状のセラミックス粒子の超高電場中成型プロセスと、超高電場を印加しながら加熱する事の出来るプロセスの2つの高電圧印加プロセスを開発することに成功した。このプロセスを用いることで、BN、カーボンナノシート、カーボンナノチューブ、バリウムフェライト、チタニアナノチューブなど様々なセラミックスフィラーを配向成型させることに成功した。更に、こうして得られた成型体を焼成することによって、焼結体の合成にも成功した。
得られた材料の微細構造を制御するために、FIBによる微細加工とその場でのSEM観察手法による粒子の配向性の解析手法を用い、様々なセラミックス配向体の配向構造を観察することに成功した。また、従来から取り組んできたX線回折法による結晶方位解析と、超高分解能X線CTスキャン法を組み合わせることで、結晶方位とナノレベルの微細構造の双方が配向されていることを確認した。当該手法を用いることによって、単なる配向制御の確認だけで無く、異常粒成長や分散の不均一によって生じた粗大粒子の三次元での空間分布や、ポアなどの欠陥の三次元分布を解析することにも成功しており、これらを総合的に統合することで、これまでにない三次元的な材料構造の解析手法を確立することにも成功している。
このように、ナノ秒技術とナノテクを融合させることにより、新規なセラミックスプロセスの提案とその実証に成功し、それを裏付けるための構造解析技術の深化が成し遂げられた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

すでに、BN、カーボンナノチューブ、グラフェン、グラファイトナノシート、TiO2ナノチューブ、バリウムフェライトなど多くの材料系においてナノ秒パルス電場を用いた粒子配向制御手法が確立している。更に、これらの材料の焼結体の合成に成功しており、その結晶方位解析の結果から、焼結後においても焼結前の配向制御を引きついで結晶配向制御が可能であることを見いだしている。これらの成果は当初予定していたとおりのものであるといえる。

Strategy for Future Research Activity

これまでに多くのセラミックス材料系において焼結体の配向制御手法としての本手法の優位性を明らかとしてきた。しかしながらそれら材料の特性評価や、新たな構造を有するセラミックスとしての特異的に発現する特性の発見にまでは至っていない。従って、今後はこれら特徴ある構造を有するセラミックスの内部構造に起因した新規物性面の探索も同時に行っていきたい。ここで、電気物性、磁気特性に関してはすでに既設で研究を遂行可能であるが、遠赤外線領域の分光手法などについては、設備面が整っていないことから、他研究機関などとの連携を視野に入れて行う。

Research Products

• [Journal Article] Three-dimensional structural control and analysis of hexagonal boron nitride nanosheets assembly in nanocomposite films induced by electric field concentration (2014)
  • Author(s): Fujihara, T., Cho, H.-B. , Kanno, M., Nakayama, T. , Suzuki, T., Jiang, W., Suematsu, H., Niihara, K.
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 53 Pages: 02BD12
  • DOI: 10.7567/JJAP.53.02BD12
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Synthesis of BN nanosheet/nanotube-Fe nanocomposites by pulsed wire discharge and high-temperature annealing (2014)
  • Author(s): He, L.F. , Shirahata, J., Suematsu, H., Nakayama, T. , Suzuki, T., Jiang, W., Niihara, K.
  • Journal Title: Materials Letters Volume: 117 Pages: 120-123
  • DOI: 10.1016/j.matlet.2013.12.008
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis of CxSr2Ca2Cu3Oz superconductor from Sr2Ca2Cu3Oy precursor (2014)
  • Author(s): Aoba, T., Suzuki, T., Nakayama, T., Suematsu, H., Niihara, K.
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 53 Pages: 02BC06
  • DOI: 10.7567/JJAP.53.02BC06
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Densely packed linear assembles of carbon nanotube bundles in polysiloxane-based nanocomposite films (2013)
  • Author(s): Cho, H.-B., Huynh, M.T.T., Nakayama, T., Nguyen, S.T., Suematsu, H., Suzuki, T., Jiang, W., Tanaka, S., Tokoi, Y., Lee, S.W., Sekino, T., Niihara, K.
  • Journal Title: Journal of Nanomaterials Volume: 2013 Pages: 564307 1-6
  • DOI: 10.1155/2013/564307
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Preparation of copper nanoparticles by pulsed wire discharge in water (2013)
  • Author(s): Tokoi, Y., Nagasawa, S., Suematsu, H., Cho, H.-B., Nakayama, T., Niihara, K.
  • Journal Title: Materials Science Forum Volume: 761 Pages: 121-124
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.761.121
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Linear assembly of oxidized surface treated nanodiamonds in polymer-based nanohybrids by electric field inducement (2013)
  • Author(s): Nguyen, S.T., Cho, H.-B., Nakayama, T., Huynh, M.T.T., Suematsu, H., Suzuki, T., Jiang, W., Tanaka, S., Tokoi, Y., Niihara, K.
  • Journal Title: Materials Science Forum Volume: 761 Pages: 107-111
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.761.107
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Controlling oxygen content by varying oxygen partial pressure in chromium oxynitride thin films prepared by pulsed laser deposition (2013)
  • Author(s): Suzuki, K., Endo, T., Fukushima, T., Sato, A., Suzuki, T., Nakayama, T., Suematsu, H., Niihara, K.
  • Journal Title: Materials Transactions Volume: 33 Pages: 225-233
  • DOI: 10.2320/matertrans.MAW201310
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Oxidation of nanodiamonds and modulation of their assembly in polymer-based nanohybrids by field-inducement (2013)
  • Author(s): Cho, H.-B., Nguyen, S.T., Nakayama, T., Huynh, M.T.T., Suematsu, H., Suzuki, T., Jiang, W., Rozali, S.B., Tokoi, Y., Park, Y.-H., Niihara, K.
  • Journal Title: Journal of Materials Science Volume: 48 Pages: 4151-4162
  • DOI: 10.1007/s10853-013-7228-6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Thermal anisotropy of epoxy resin-based nano-hybrid films containing BN nanosheets under a rotating superconducting magnetic field (2013)
  • Author(s): Cho, H.-B., Mitsuhashi, M., Nakayama, T., Tanaka, S., Suzuki, T., Suematsu, H., Jiang, W., Tokoi, Y., Lee, S.W., Park, Y.-H., Niihara, K.
  • Journal Title: Materials Chemistry and Physics Volume: 139 Pages: 355-359
  • DOI: 10.1007/s10853-013-7228-6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Particle size determining equation in metallic nanopowder preparation by pulsed wire discharge (2013)
  • Author(s): Tokoi, Y., Cho, H.-B., Suzuki, T., Nakayama, T., Suematsu, H., Niihara, K.
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 52 Pages: 55001
  • DOI: 10.7567/JJAP.52.055001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Control of oxygen content with oxygen gas introduction in Cr(N,O) thin films prepared by pulsed laser deposition (2013)
  • Author(s): Suzuki, K., Endo, T., Fukushima, T., Sato, A., Suzuki, T., Nakayama, T., Suematsu, H., Niihara, K.
  • Journal Title: Ceramic Engineering and Science Proceedings Volume: 33 Pages: 225-233
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Controlled linear assemblies of graphite flakes anchoring polysiloxane-based nanocomposite films and enhancement of thermal properties (2013)
  • Author(s): Cho, H.-B., Yanahara, S., Nakayama, T., Suematsu, H., Suzuki, T., Jiang, W., Tanaka, S., Tokoi, Y., Park, Y.-H., Kim, B.S., Lee, S.W., Niihara, K.
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 52 Pages: 28005
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Selective hydrogenation of 4-isobutylacetophenone over a sodium-promoted Pd/C catalyst (2013)
  • Author(s): Cho, H.-B., Lee, B.U., Ryu, C.-H., Nakayama, T., Park, Y.-H.
  • Journal Title: Korean Journal of Chemical Engineering Volume: 30 Pages: 306-313
  • DOI: 10.7567/JJAP.52.028005
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Developing Yttria-based Ceramics Having High Liquid Metal Corrosion Resistance (2013)
  • Author(s): Son Thanh Nguyen , Tadachika Nakayama, Shaifulazuar Bin Rozali, Hisayuki Suematsu, Tsuneo Suzuki, Weihua Jiang, Satoshi Amarume, Lingfeng He, Koichi Niihara
  • Organizer: Materials Science & Technology 2013(MS&T’13)
  • Place of Presentation: Palais des congrès, Canada
  • Year and Date: 20131027-20131031
• [Presentation] グラファイトナノシート(GNs)-Fe2O3複合体の作製と構造解析 (2013)
  • Author(s): Huynh Diep Phuoc, Huynh Tan Minh Triet, Hong Baek Cho, 中山忠親、末松久幸、鈴木常生、江 偉華、新原皓一
  • Organizer: 平成25年度日本セラミックス協会東北北海道支部研究発表会
  • Place of Presentation: 長岡グランドホテル
  • Year and Date: 20131024-20131025
• [Presentation] (K0.5Na0.5) NbO3強誘電体の作製と評価 (2013)
  • Author(s): 石澤 諒、中山忠親、鈴木常生、末松久幸、新原皓一
  • Organizer: 平成25年度日本セラミックス協会東北北海道支部研究発表会
  • Place of Presentation: 長岡グランドホテル
  • Year and Date: 20131024-20131025
• [Presentation] パルス電圧を用いた強誘電体の分極処理 (2013)
  • Author(s): 坂下 翼、中山忠親、鈴木常生、末松久幸、新原皓一
  • Organizer: 平成25年度日本セラミックス協会東北北海道支部研究発表会
  • Place of Presentation: 長岡グランドホテル
  • Year and Date: 20131024-20131025
• [Presentation] 3Dリソグラフを用いたセラミックマイクロ構造体の作製 (2013)
  • Author(s): 秋山裕幸、中山忠親、高橋 勉、山田 昇、吉武裕美子
  • Organizer: 平成25年度日本セラミックス協会東北北海道支部研究発表会
  • Place of Presentation: 長岡グランドホテル
  • Year and Date: 20131024-20131025
• [Presentation] 有機-無機ハイブリッドにｐける六方晶窒化ホウ素の構造制御および３次元構造解析 (2013)
  • Author(s): 51) 藤原健志、管野成修、趙 洪栢、中山忠親、鈴木常生、末松久幸、新原皓一
  • Organizer: 平成25年度日本セラミックス協会東北北海道支部研究発表会
  • Place of Presentation: 長岡グランドホテル
  • Year and Date: 20131024-20131025
• [Presentation] Densely-Packed Linear Assebles of BN Nanosheets in Polymeric Nanocomposites (2013)
  • Author(s): Hong Baek Cho , Tadachika Nakayama, Hisayuki Suematsu, Tsuneo Suzuki, Weihua Jiang and Koichi Niihara
  • Organizer: The 5th Asia-Oceania Ceramic Federation (AOCF) Conference
  • Place of Presentation: International Conent Center, Korea
  • Year and Date: 20131016-20131019
• [Presentation] Fabrication and Evaluation of Cup-Stacked Carbon Nanotubes/Polymer Nanocomposite as Film-Type electrode sensor with Micro Thickness (2013)
  • Author(s): Minh Triet Tan Huynh and Tadachika Nakayama
  • Organizer: The 4th International Workshop on Nanotechnology and Application – IWNA2013
  • Place of Presentation: Rex Hotel, Vung Tau, Vietnam
  • Year and Date: 20131010-20131013
• [Book] 粉体工学ハンドブック (2014)
  • Author(s): 中山 忠親
  • Total Pages: 776
  • Publisher: 朝倉書店
• [Book] コンポジット材料の混練・コンパウンド技術と分散・界面制御 (2013)
  • Author(s): 中山 忠親
  • Total Pages: 924
  • Publisher: 技術情報協会