2012 Fiscal Year Research-status Report
ソフトな表面活性化に基づく異種ナノ接合とその界面エネルギー変換能
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24656442
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
阿部 浩也 大阪大学, 接合科学研究所, 准教授 (50346136)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2014-03-31
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| Keywords | ナノ粒子 / 表面 |
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| Research Abstract |
異なる物質相の交わる界面は発電や充電における電気化学反応の舞台となり、またその界面の高密度集積はエネルギー関連デバイスの高性能化の鍵となる。申請者らは、酸化物粒子がナノサイズになると、弱い物理的作用（酸化物が粉砕しないようなソフトな衝突エネルギー）に基づく表面活性化によって、粒子間接合が生じる可能性を見出した。この現象を異種ナノ粒子間の３次元接合に拡張させることができれば、ナノスケールで制御された界面の高密度集積が可能になると着想した。本研究では機能性酸化物シングルナノ粒子のソフトな表面活性化に基づくナノ接合メカニズムを解明するとともに、その高密度集積化と電気化学的エネルギー変換能を明らかにする。平成24年度は固体酸化物形燃料電池(SOFC)のアノード材料であるNiO-YSZ複合ナノ粒子をモデル酸化物ナノ材料として、このナノ粒子のサイズをパラメータにして、摩砕式ミリング装置を改良した実験系を用いて、弱い物理的作用による成膜実験を実施した。その結果、ナノ粒子のサイズが10nm程度の場合に、高いレートの成膜現象が観察された。また、この現象は酸化物粒子表面に形成される水酸基が物理的作用によって別の粒子表面の水酸基と脱水縮合反応したものと考察された。さらに、この成膜体からSOFCアノード電極を作製したところ、従来技術に比べて高い電極反応が観察された。
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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
平成２４年度は酸化物ナノ粒子のサイズなどをパラメータにして、物理的な作用による酸化物ナノ粒子間の接合メカニズムの理解を進めるとともに、得られた知見に基づき、複合膜形成のための装置改良に取り組むことを目的とした。実験装置は摩砕式ミリング装置を改良して、既往の文献などに基づいて酸化物が物理的に粉砕されないような衝突速度を制御できるようにした。具体的には酸化物ナノ粒子に10m/s程度の速度を与え、それを基板上に衝突させるようにした。その結果、上述したような実験結果が得られ、本研究の提案が検証されるに至っている。さらに、この現象をSOFC電極作製にまで応用に、電気化学特性評価まで実施した。このように、平成24年度の目的は概ね達成されており、研究は順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の着想により、微粒子の成膜を従来のように溶媒を用いることなくドライな環境でプロセスできることが期待できる。溶媒フリーなプロセス技術は低環境負荷型として極めて重要視されているものの、ナノ粒子を含む微粒子に対しては一般に難しい。平成25年度は前年度の知見をさらに発展させて、微粒子の気中分散、目的のパターンへの輸送、そして粒子間への結合力発現による成膜プロセスに向けた基礎研究、並びにその成膜体のエネルギー変換・貯蔵デバイスへの応用の可能性に取り組む。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
本研究は、酸化物シングルナノ粒子のソフトな衝突プロセスによって電気化学デバイスの機能界面を創製することから、そのための酸化物シングルナノ粒子の合成やその後の材料プロセスに必要な高純度原料と化学薬品類を計上している。また、これら材料の評価・解析のために必要な消耗品も形状する。さらに、得られる成膜体のエネルギー変換・貯蔵デバイスへの応用の可能性を調べるために、二次電池や固体酸化物形燃料電池などを組み上げて評価するために必要な消耗品も購入する。連携研究者らとの研究打ち合わせ、国内学会(応用物理学会、日本セラミックス協会、日本MRSなど)での成果発表・情報収集、そして海外学会（MRS等の材料系国際会議,やSOFC関連学会など)での成果発表を行うために、国内外旅費も計上している。
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Research Products
(4 results)
