2014 Fiscal Year Research-status Report
水中高周波プラズマによる金属ナノ粒子の生成とその構造化
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26400534
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
前原 常弘 愛媛大学, 理工学研究科, 教授 (40274302)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
青野 宏通 愛媛大学, 理工学研究科, 准教授 (00184052)
川嶋 文人 愛媛大学, 農学部, 寄付講座教員(寄付講座准教授) (60346690)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ナノ粒子 / 高周波プラズマ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
水中高周波プラズマにより金を中心とした金属ナノ粒子の生成を行う。水中高周波プラズマとは水中に挿入された電極に高周波(13.56MHz)を印加し、電極上に発生した気泡の中にプラズマを発生させる技術である。26年度は電極のスパッタを利用した金ナノ粒子の生成を中心に研究を行った。ここでは、水に種々の物質を高濃度で溶かしても水中プラズマを発生させることができる特長を利用する。研究の最初の段階として、 金単体のナノ粒子の形状や粒径の制御を試みた。併せて、電極スパッタによる鉄のナノ粒子作製を試み、磁性ナノ粒子の作製が可能であることを明らかにした。
１）金ナノ粒子の生成：NaCl水溶液を中心に、ナノ粒子の作製を行った。電気伝導率が200mS/m付近で多角形粒子（三角形や五角形、六角形）が生成されることが明らかとなった。20mS/m未満では多角形粒子が生成できないことや200mS/mを超えると、粒子の生成が困難になることが明らかとなった。また、臭化物イオンの存在下でも同様の結果が得られ、硫酸イオンでは多角形粒子は得られていない。陰イオンがキーとなっていることが明らかである。
２）鉄ナノ粒子の生成：金と同様、電極スパッタによるナノ粒子生成である。従来は純水中を中心に実験を行ったが、電極が腐食されてしまい、長時間の放電維持が困難であった。今回は、アルカリ下で実験を行うことで、磁性を有するナノ粒子の作製に成功した。組成分析などは今後の課題である。
３）金ナノワイヤーの生成：金イオンを有する水溶液中で、水中高周波プラズマを発生させたところ、金ナノワイヤーの生成が確認された。詳細は今後の課題である。
４）新方式に関する研究：電極から離れた位置での水中プラズマ発生に関し、純水中でのプラズマ発生を可能にした。
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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
水中高周波プラズマにより金を中心とした金属ナノ粒子の生成を試みた。26年度は電極のスパッタを利用した金ナノ粒子の生成の他、磁性を含む粒子（鉄）を対象として研究を行った。
１）金ナノ粒子の生成：NaCl水溶液を中心に、ナノ粒子の作製を行い、イオン濃度（あるいは電気伝導率）に対する生成物の形状や粒径、生成量の依存性といった基礎的な事項について研究を行った。電気伝導率が200mS/m付近で多角形粒子（三角形や五角形、六角形）が生成され、20mS/m未満では多角形粒子が生成できないことや200mS/mを超えると、粒子の生成が困難になることが明らかとなった。また、臭化物イオンの存在下でも同様の結果が得られ、硫酸イオンでは多角形粒子は得られていない。陰イオンがキーとなっていることを明らかにした。
２）金ナノワイヤーの生成：金イオンを有する水溶液中で、水中高周波プラズマを発生させたところ、金ナノワイヤーの生成が確認された。詳細は今後の課題だが、研究予定になかった項目であり、今後の進展が楽しみな事項である。
３）磁性ナノ粒子の生成：次年度以降に予定した項目だが、時間的な余裕があったため、26年度に予備的に実験した。電極スパッタによるナノ粒子生成である。従来は純水中を中心に実験を行ったが、電極が腐食されてしまい、長時間の放電維持が困難であった。今回は、アルカリ下で実験を行うことで、磁性を有するナノ粒子の作製に成功した（磁性の有無はネオジウム磁石によって確認された）。
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| Strategy for Future Research Activity |
金単体のナノ粒子の評価結果をまとめる。これらに続き、鉄系ナノ金属（あるいは金属酸化物）生成可能な物質を加えることで、複数の金属からなる複合ナノ粒子（非磁性）の合成を行い、粒子の構造化を試みる。更に、生成物の評価を開始する一方、複合ナノ粒子（磁性）の合成を開始する。
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| Causes of Carryover |
概ね、計画通りに研究を行っているが、磁性材料に関する研究を前倒しした他、予定になかったナノワイヤー生成に関する研究も行っている。一方で、アルコール含有中の水溶液での研究に着手できていない。したがって、アルコールに対応するための装置改良がなされておらず、この部分が未使用となっている。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
27年度はエタノールを用いた研究に取り掛かるため、これを使用する。
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[Presentation] 絶縁管内での水中プラズマの発生機構2015
Author(s)
前原 常弘, 松友 真哉, 田中 彩果, 向笠 忍, 川嶋 文人
Organizer
第62回応用物理学会春季学術講演会
Place of Presentation
東海大学湘南キャンパス（平塚市、神奈川県）
Year and Date
2015-03-11 – 2015-03-14
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