動的ナノ粒子の概念の確立

• Project/Area Number: 18H01828
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 28030:Nanomaterials-related
• Research Institution: Kyoto Institute of Technology
• Principal Investigator: 中西 英行 京都工芸繊維大学, 材料化学系, 准教授 (20619655)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000); Fiscal Year 2020: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2019: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2018: ¥11,960,000 (Direct Cost: ¥9,200,000、Indirect Cost: ¥2,760,000)
• Keywords: 触媒 / 伸縮性導体 / 電極触媒 / 双晶 / 積層欠陥 / オストワルド熟成 / 配位子交換反応 / 電子移動 / Langmuir isotherm / Sips isotherm / 平衡被覆率 / 塑性変形

Outline of Annual Research Achievements

研究計画に沿って、金属ナノ粒子を用い、提案した手法に基づいて、ポリウレタン弾性繊維と再生セルロース繊維を電気伝導体に変える方法を検討した。ポリウレタン弾性繊維においては、溶媒を介して金属ナノ粒子を繊維内部に浸透させ、その後、周囲環境を変化させることで、繊維の内部に浸透した金属ナノ粒子を融解させる操作を繰り返し、試料作製を行った。作製した繊維の断面を走査型電子顕微鏡とエネルギー分散X線分光法を用いて観察した結果、繊維内部に金属が注入されていることが確認され、繊維の電気伝導率は高い値で10^3 S/cm程度を示した。また、ひずみが0%から10%の間で繰り返し1万回伸縮させたところ、伸縮前の初期の電気抵抗に対する抵抗比R/R0は、~0.5を示し、伸縮後の方が試料の電気抵抗が減少する結果が得られた。伸縮による高分子鎖の変形に伴い、金属の微結晶が空間的配置を変え、電気抵抗が低下することは、先行論文でも報告されており、類似の結果が得られたのではないかと考えられた。なお、金属ナノ粒子の分散液に繊維を浸す時間を変え、繊維内部における金属の空間分布を制御すると、一定の条件下で、未処理のポリウレタン弾性繊維とほぼ変わらない応力-ひずみ関係を示す導電性繊維が得られた。近年の伸縮性導電材料の研究において、導電性を高めるために導電物質を添加すると材料が硬くなり、一方、添加量を減らすと導電性が低下する、といった伸縮性と導電性のトレードオフの問題が上の先行研究などで指摘されているが、本研究ではそのトレードオフ関係を緩和する良好な結果が得られた。

Current Status of Research Progress

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

Reason

当初の計画通りに進行している。

Strategy for Future Research Activity

伸縮性と導電性を高めるためには、さらに詳しく適切な材料加工の条件を探索する必要がある。

Research Products

• [Int'l Joint Research] National University of Singapore(シンガポール)
• [Int'l Joint Research] Eotvos Lorand University/Szent Istvan University(ハンガリー)
• [Int'l Joint Research] University of Copenhagen(デンマーク)
• [Int'l Joint Research] Erasmus MC Rotterdam(オランダ)
• [Int'l Joint Research] Mahidol University(タイ)
• [Int'l Joint Research] National University of Singapore(シンガポール)
• [Int'l Joint Research] Hungarian Academy of Sciences/BUTE(ハンガリー)
• [Journal Article] Ultrasound attenuation and phase velocity of moderately concentrated silica suspensions (2019)
  • Author(s): Mori, H., Norisuye, T., Nakanishi, H., Tran-Cong-Miyata, Q.
  • Journal Title: Ultrasonics Volume: 93 Pages: 63-70
  • DOI: 10.1016/j.ultras.2018.10.010
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structures and dynamics of carbon-black in suspension probed by static and dynamic ultrasound scattering techniques (2019)
  • Author(s): Ozaki, M., Norisuye, T., Nakanishi, H., Tran-Cong-Miyata, Q.
  • Journal Title: Ultrasonics Volume: 94 Pages: 192-201
  • DOI: 10.1016/j.ultras.2018.09.012
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Modelling the neuropathology of lysosomal storage disorders through disease-specific human induced pluripotent stem cells (2019)
  • Author(s): Kobolak, J., Molnar, K., Varga, E., Bock, I., Jezso, B., Teglasi, A., Zhou, S., Lo Giudice, M., Hoogeveen-Westerveld, M., Pijnappel, W.P., Phanthong, P., Varga, N., Kitiyanant, N., Freude, K., Nakanishi, H., Laszlo, L., Hyttel, P., Dinnyes, A.
  • Journal Title: Experimental Cell Research Volume: 380 Pages: 216-233
  • DOI: 10.1016/j.yexcr.2019.04.021
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Eco-Friendly, Direct Deposition of Metal Nanoparticles on Graphite for Electrochemical Energy Conversion and Storage (2019)
  • Author(s): Pandey, R.K., Chen, L., Teraji, S., Nakanishi, H., Soh, S.
  • Journal Title: ACS Applied Materials and Interfaces Volume: 11 Pages: 36525-36534
  • DOI: 10.1021/acsami.9b09273
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Simultaneous measurements of ultrasound attenuation, phase velocity, thickness, and density spectra of polymeric sheets (2019)
  • Author(s): Tsuji, K., Norisuye, T., Nakanishi, H., Tran-Cong-Miyata, Q.
  • Journal Title: Ultrasonics Volume: 99 Pages: 105974-105974
  • DOI: 10.1016/j.ultras.2019.105974
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Graphite-Aligned Ni/Ni(OH)2 Nanowire-Based Aqueous Asymmetric Supercapacitors Exhibiting Excellent Cycle Stability, High Rate Performance, and Wide Operation Voltage (2019)
  • Author(s): Pandey, R.K., Totake, Y., Soh, S., Nakanishi, H.
  • Journal Title: ChemistrySelect Volume: 4 Pages: 13543-13550
  • DOI: 10.1002/slct.201903707
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Reversible and continuously tunable control of charge of close surfaces. (2018)
  • Author(s): Pandey, R. K., Sun, Y., Nakanishi, H. & Soh, S.
  • Journal Title: React. Kinet. Mech. Catal. Volume: 8 Pages: 323-333
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.7b02763
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Correlating material transfer and charge transfer in contact electrification (2018)
  • Author(s): Pandey, R. K., Kakehashi, H., Nakanishi, H. & Soh, S.
  • Journal Title: J. Phys. Chem. C Volume: 122 Pages: 16154-16160
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.8b04357
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Interaction of positively charged gold nanoparticles with cancer cells monitored by in situ label-free optical biosensor and transmission electron microscopy (2018)
  • Author(s): Peter, B., Lagzi, I., Teraji, S., Nakanishi, H., Cervenak, L., Zambo, D., Deak, A., Molnar, K., Truszka, M., Szekacs, I. & Horvath, R.
  • Journal Title: ACS Appl. Mater. Interfaces Volume: 10 Pages: 26841-26850
  • DOI: 10.1021/acsami.8b01546
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Existence of a precipitation threshold in the electrostatic precipitation of oppositely charged nanoparticles (2018)
  • Author(s): Nakanishi, H., Deak, A., Hollo, G. & Lagzi, I.
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. Volume: 57 Pages: 16062-16066
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Effects of nanowire length on charge transport in vertically aligned gold nanowire array electrodes (2018)
  • Author(s): Nakanishi, H., Kikuta, I., Teraji, S., Norisuye, T. & Tran-Cong-Miyata, Q.
  • Journal Title: Langmuir Volume: 34 Pages: 15674-15680
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.8b03089
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 材料科学の最前線 ―流れる金属― (2019)
  • Author(s): 中西英行
  • Organizer: 京都工芸繊維大学 機器分析センター 市民講座・先端技術講座
• [Presentation] 室温で液体のように流動する金属原子 (2019)
  • Author(s): 中西英行
  • Organizer: 第68回高分子討論会
• [Presentation] 室温で液体のように溶ける金属 (2019)
  • Author(s): 中西英行
  • Organizer: 新技術説明会
• [Presentation] ナノポーラスパラジウムの作製と電極触媒としての性質 (2019)
  • Author(s): 寺地智司、中西英行、則末智久、宮田貴章
  • Organizer: 第68回高分子学会年次大会
• [Presentation] 超音波散乱法によるポリジメチルシロキサン（PDMS）微粒子懸濁液および粒子含有PDMSシートの粘弾性解析 (2019)
  • Author(s): 辻和人、則末智久、中西英行、宮田貴章
  • Organizer: 第68回高分子学会年次大会
• [Presentation] 電気泳動動的超音波散乱法による濃厚懸濁液中における微粒子の表面特性解析 (2019)
  • Author(s): 白子貴浩、梶修蔵、則末智久、中西英行、宮田貴章
  • Organizer: 第68回高分子学会年次大会
• [Presentation] 一直線上に組織化させた銀ナノワイヤーの集合構造 (2019)
  • Author(s): 田中敬人、辻合笙悟、川端友人、中西英行、宮田貴章
  • Organizer: 第68回高分子学会年次大会
• [Presentation] 超音波散乱法によるPickeringエマルションおよびコロイドソームの構造解析 (2019)
  • Author(s): 廣本眞結、金森千聡、中西英行、則末智久、宮田貴章
  • Organizer: 第68回高分子学会年次大会
• [Presentation] 階層的な細孔構造を有するパラジウム多孔体の電極触媒特性 (2018)
  • Author(s): 寺地智司・中西英行・則末智久・宮田貴章
  • Organizer: 第67回高分子学会年次大会
• [Presentation] 流体を通すパラジウム触媒膜 (2018)
  • Author(s): 荒木俊哉・中西英行・則末智久・宮田貴章
  • Organizer: 第67回高分子学会年次大会
• [Presentation] ナノ粒子から成長したパラジウム電極触媒 (2018)
  • Author(s): 南洋樹・中西英行・則末智久・宮田貴章
  • Organizer: 第67回高分子学会年次大会
• [Presentation] 室温で液体のように流動する金属ナノ粒子 (2018)
  • Author(s): 中西英行・則末智久・宮田貴章
  • Organizer: 第2回NEXT高分子（関西）交流会第3回企画会議
  • Invited
• [Patent(Industrial Property Rights)] 金属ナノ粒子およびその製造方法 (2019)
  • Inventor(s): 中西英行
  • Industrial Property Rights Holder: 中西英行
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2019-204834
  • Filing Date: 2019
• [Patent(Industrial Property Rights)] 金属ナノ粒子を液状化する方法 (2018)
  • Inventor(s): 中西英行
  • Industrial Property Rights Holder: 京都工芸繊維大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2018-089380
  • Filing Date: 2018