2012 Fiscal Year Research-status Report
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24654177
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Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
遊佐 斉 独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, 研究員 (10343865)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2014-03-31
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| Keywords | フラーレン / 超臨界流体 / 高圧 / カーボンナノボール / 水素 |
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| Research Abstract |
水素エネルギーの安全な利用法の開発は、来るべき低炭素社会に対する重要なミッションである。水素分子の吸着・脱離に関する研究は、金属間化合物への吸蔵・放出という金属材料分野での研究が主となっている。本研究では、その可逆反応を構築しうる物質として、C60 フラーレンに注目している。本年は、まず、そのホスト相として期待される水素化フラーレンおよび非水素化フラーレン両者の分解温度、融解挙動を明確にするために、不活性ガスを圧力媒体にした大容量ガス圧装置で高温高圧処理した試料について、電子顕微鏡観察することによりその挙動を追跡した。
非水素化フラーレン（C60）は、800℃, 300MPaで処理後も構造を維持していたが、水素化フラーレン（C60H36）は同一温度圧力下でナノサイズ（400-1600nm）の真球状アモルファスに変化していることがあきらかとなった。このような比較的低い温度で、融解が見られることは意外であったが、その反面、形状が真球であることから、ナノサイズの導電体微小球（カーボンナノボール）として応用面が期待される。なお、本発見は新規特許出願に結びついた。
レーザー加熱ダイヤモンドアンビルセルによる、より高圧側の実験（<4.5GPa）では、水素化リチウムアルミニウムを水素源として、C60フラーレンの水素化について、その場観察を実体顕微鏡ならびに放射光X線によりおこなった。水素源が金属アルミニウムの混入により不透明であったため、顕微鏡下での観察にはいたらなかったが、レーザー加熱後（約1400K）、放射光X線による回折図形の観察では、C60の回折線の消滅が観察された。しかしながら、C60H36水素化フラーレンに相当する回折線は観察されなかった。
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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
ダイヤモンドアンビルセルによる、水素化リチウムアルミニウムを水素源とした、C60の水素化実験における、顕微鏡下観察は難航しているが、C60に相当する回折ピークは消失していることから、何らかの水素化反応は起こり、同時に融解しているものと推察される。これは、大容量ガス圧装置における結果と整合する。今後は、観察の妨害要因となる、アルミニウム等の副生成物の影響を取り除くために、単体水素による水素化実験を試みる必要がある。なお、本年の実験における、セレンディピィティな発見となったカーボンナノボールは副次的ながらも大きな成果である。なお、この成果の特許化のために、本年度は、他の成果発表は控えた。
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| Strategy for Future Research Activity |
水素源を単体水素にして水素化実験をおこなうが、本年の研究結果で800度以下という比較的低い温度で水素化フラーレンの融解・アモルファス化が起こってしまうことが明らかとなったことから、500℃以下の程度での実験を試みる。そのためには、レーザー加熱だけではなく、ダイヤモンドアンビルの周りに抵抗型加熱ヒーターを設置するか、熱風吹きつけ型の装置を利用して、精密に温度制御をおこなう準備を本格的におこなう必要がある。
また、水素化フラーレンの融解により生成したカーボンナノボールの成因について探索するために、他の元素による表面修飾フラーレンを出発試料にして同等のものが生成するか否か追求する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
抵抗型加熱ヒーター、および、熱風吹きつけ型高温装置の構築をおこなうための経費を確保する。また、水素単体を水素源にした場合は、破損によるダイヤモンドアンビルの消耗が予想されることから、アンビルの購入費に当てる。生成物が結晶化した場合は、Spring-8の放射光X線を用いて解析をおこなうための経費を充当する。また、学会発表等の成果公表に関する経費も確保する。
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