マトリクススパッタリング法による無機元素ブロック包埋機能性ハイブリッド樹脂の構築

• Project Area: Creation of Element-Block Polymer Materials
• Project/Area Number: 25102501
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 米澤 徹 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90284538)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000); Fiscal Year 2014: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2013: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
• Keywords: スパッタリング / 金 / 銀 / ナノ粒子 / 粒径制御 / 蛍光 / クラスター / 界面活性剤 / ヘテロ元素ブロック / マトリクススパッタリング / 樹脂 / 熱硬化性 / ナノクラスター / 樹脂包埋 / ウレタン

Outline of Annual Research Achievements

設計したマグネトロンスパッタリング装置を用い、そのチャンバー内に直接液状高分子や樹脂モノマー液を導入し、また場合によっては、添加剤となる金属錯形成物質を導入して無機ヘテロ元素ブロックとしての金属ナノ粒子・金属酸化物ナノ粒子の直接合成を試みた。これをマトリックススパッタリング法と名付けた。
ナノ粒子の粒子径制御には、金属配位化合物の利用が効果的である。液体マトリックス中にチオールなどの金属配位化合物を導入することによりナノ粒子の粒子径制御が可能であることを見出している。一方で、液体マトリックスとは別に、やや揮発性の高いチオール分子をチャンバー内に入れ、チャンバーのガス雰囲気にチオール分子を導入することによっても、ナノ粒子の小粒径化に成功した。このとき、得られたナノ粒子の量子収率は極めて高かった。一般に金ナノ粒子の発光量子収率は1-2%程度であるが、この手法で得られた金ナノ粒子は、10%を越える量子収率を示すものも多く、最大で16%にも達した。これは、チャンバー雰囲気にチオール分子を導入することにより、クラスター状態でナノ粒子がチオールに覆われ、スパッタリング液表面でそれらが凝集したものをナノ粒子として回収しているからと考えられる。そのため、金錯体のような高い量子収率を示しながら、安定にその発光特性を維持できる金ナノ粒子を合成できたことになる。極めて興味深い実用的な材料である。
金属酸化物ナノ粒子の合成では、チタニアの樹脂内への導入について議論を行ってきたが、酸素欠損型のチタニアが多く得られる場合があった。
また、共同研究の大きな成果としては、銅－パラジウム合金ナノクラスターをDMFを還元剤として用いて可能とした。このとき、この合金クラスターは固溶体構造を取っていることがXPSより示唆された。また、発光量子収率も金属組成によって変化することが示され、興味ある合金素材となった。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] One-pot preparation of cationic charged Pt nanoparticles by the autocatalytic hydrolysis of acetylthiocholine (2015)
  • Author(s): Yohei Ishida, Thatchanont Jirasupangkul, and Tetsu Yonezawa
  • Journal Title: New Journal of Chemistry Volume: in press Issue: 6 Pages: 4214-4217
  • DOI: 10.1039/c5nj00420a
  • NAID: 120005625295
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Formation and Optical Properties of Fluorescent Gold Nanoparticles Obtained by Matrix Sputtering Method with Volatile Mercaptan Molecules in the Vacuum Chamber and Consideration of Their Structures (2015)
  • Author(s): 4.Taiki Sumi, Shingo Motono, Yohei Ishida, Naoto Shirahata, and Tetsu Yonezawa
  • Journal Title: Langmuir Volume: 31 Issue: 14 Pages: 4323-4329
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.5b00294
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Synthesis of Binary Solid Solution Cu-Pd Nanoparticles by DMF Reduction for Enhanced Photoluminescent Properties (2015)
  • Author(s): 2.Masashi Chiba, Mai Nguyen Thanh, Yasuchika Hasegawa, Yasushi Obora, Hideya Kawasaki, and Tetsu Yonezawa
  • Journal Title: Journal of Materials Chemistry C Volume: 3 Issue: 3 Pages: 514-520
  • DOI: 10.1039/c4tc02129k
  • NAID: 120005667715
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Copper Film Prepared from Copper Fine Particle Paste by Laser Sintering at Room Temperature: Influences of Sintering Atmosphere on the Morphology and Resistivity (2014)
  • Author(s): Gang Qin
  • Journal Title: Jpn. J. Appl. Phys. Volume: 53 Issue: 9 Pages: 965011-965019
  • DOI: 10.7567/jjap.53.096501
  • NAID: 210000144459
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Double-Wall TiO2 Nanotube Arrays: Enhanced Photocatalytic Activity and In situ TEM Observations at High Temperature (2014)
  • Author(s): 3.Chaorui Xue, Takashi Narushima, Yohei Ishida, Tomoharu Tokunaga, and Tetsu Yonezawa
  • Journal Title: ACS Applied Materials & Interfaces Volume: 6 Issue: 22 Pages: 19924-19932
  • DOI: 10.1021/am505333v
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] マトリックススパッタリング法によって合成された蛍光性銀ナノ粒子 (2015)
  • Author(s): 中林良太・石田洋平・米澤 徹
  • Organizer: 日本化学会 第95春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学 船橋キャンパス
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] マトリクススパッタリング法に有機配位子を共存させた発光性金ナノ粒子合成 (2015)
  • Author(s): •石田洋平・鷲見太希・米澤 徹
  • Organizer: 日本化学会 第95春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学 船橋キャンパス
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] Size–controlled synthesis of fluorescent gold nanoparticles by matrix sputtering method (2015)
  • Author(s): Yohei Ishida, Taiki Sumi, Tetsu Yonezawa
  • Organizer: 249th ACS National Meeting & Exposition
  • Place of Presentation: Colorado Convention Center, Denver, CO, USA
  • Year and Date: 2015-03-22 – 2015-03-26
• [Presentation] 金属酸化物の機能化に関するSTEM観察 (2015)
  • Author(s): 米澤 徹
  • Organizer: 北大Titanユーザーズミーティング
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Year and Date: 2015-03-09
  • Invited
• [Presentation] チオール配位子を含んだPEG中へのスパッタリングによる銀ナノ粒子の合成 (2015)
  • Author(s): 中林良太、石田洋平、米澤 徹
  • Organizer: 化学系学協会北海道支部2015年冬季研究発表会
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Year and Date: 2015-01-27
• [Presentation] リポ酸を保護剤とするCuナノ粒子の合成と蛍光特性 (2015)
  • Author(s): 千葉仁嗣、NGUYEN Thanh Mai、米澤 徹
  • Organizer: 第50回応用物理学会北海道支部／第11回日本光学会北海道地区合同学術講演会
  • Place of Presentation: 旭川市・勤労者福祉会館
  • Year and Date: 2015-01-09 – 2015-01-10
• [Presentation] チオール配位子に保護された銀ナノ粒子のマトリクススパッタリング合成 (2015)
  • Author(s): •中林良太、石田洋平、米澤 徹
  • Organizer: 第50回応用物理学会北海道支部／第11回日本光学会北海道地区合同学術講演会
  • Place of Presentation: 旭川市・勤労者福祉会館
  • Year and Date: 2015-01-09 – 2015-01-10
• [Presentation] Preparation of Tiny Fluorescent Gold Nanoparticles (2014)
  • Author(s): Tetsu Yonezawa
  • Organizer: Workshop on Global Future Healthcare on Materials Science and Engineering
  • Place of Presentation: Nanyang Technological University, Singapore
  • Year and Date: 2014-10-21
  • Invited
• [Presentation] 化学還元による Cu/Pd ナノクラスターの合成と蛍光特性 (2014)
  • Author(s): 千葉仁嗣、中西貴之、長谷川靖哉、T. M. Nguyen、石田洋平、米澤 徹
  • Organizer: 2014年光化学討論会
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Year and Date: 2014-10-11 – 2014-10-13
• [Presentation] ナノ粒子を直接包埋したウレタン樹脂の作製 (2014)
  • Author(s): 米澤 徹、ポルタ マッテオ
  • Organizer: 第63回高分子討論会
  • Place of Presentation: 長崎大学
  • Year and Date: 2014-09-24 – 2014-09-26
• [Presentation] 銅微粒子のレーザーシンタリングによる導電膜形成と微細パターニング (2014)
  • Author(s): 渡辺 明、Gang Qin、米澤 徹、塚本宏樹
  • Organizer: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Year and Date: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [Presentation] 保護剤混合 PEG 中にスパッタリングで合成する蛍光性金ナノ粒子 (2014)
  • Author(s): 鷲見太希、石田洋平、米澤 徹
  • Organizer: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Year and Date: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [Presentation] スパッタリング環境のコントロールによる金ナノ粒子の粒径制御と高効率発光特性 (2014)
  • Author(s): 石田洋平、鷲見太希、米澤 徹
  • Organizer: 第６５回コロイドおよび界面化学討論会
  • Place of Presentation: 第６５回コロイドおよび界面化学討論会
  • Year and Date: 2014-09-03 – 2014-09-05
• [Presentation] Facile Preparation of Metal Fine/Nano Particles for Electronics and Fluorescent (2014)
  • Author(s): Tetsu Yonezawa and Yohei Ishida
  • Organizer: International Union of Materials Research Societies – The IUMRS International Conference in Asia 2014
  • Place of Presentation: Fukuoka University, Japan
  • Year and Date: 2014-08-24 – 2014-08-30
  • Invited
• [Presentation] マトリクススパッタリング法を用いたシングルナノレベルの銀ナノ粒子の合成 (2014)
  • Author(s): 中林良太、石田洋平、米澤 徹
  • Organizer: 平成26年度日本金属学会・日本鉄鋼協会両支部合同サマーセッション
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Year and Date: 2014-07-28
• [Presentation] チオール保護剤を含んだPEG中へのスパッタリングによる蛍光性金ナノ粒子の合成 (2014)
  • Author(s): 鷲見太希、石田洋平、米澤 徹
  • Organizer: 日本化学会 北海道支部2014年夏季研究発表会
  • Place of Presentation: 苫小牧工業高等専門学校
  • Year and Date: 2014-07-12
• [Presentation] マトリクススパッタリング法による銀ナノ粒子の粒径制御 (2014)
  • Author(s): 中林良太、石田洋平、米澤 徹
  • Organizer: 日本化学会 北海道支部2014年夏季研究発表会
  • Place of Presentation: 苫小牧工業高等専門学校
  • Year and Date: 2014-07-12
• [Presentation] Study on titanium oxide and sub-oxide nanoparticle dispersion in liquid produced via molten matrix sputtering (2014)
  • Author(s): Yohei Ishida, Matteo Porta, Yuichi Shishino, Tetsu Yonezawa
  • Organizer: Interinational Symposium on Polymeric Materials Based on Element-Blocks
  • Place of Presentation: 京都工芸繊維大学60周年記念会館
  • Year and Date: 2014-05-31
• [Presentation] 蛍光性ナノ粒子の真空法による作成 (2014)
  • Author(s): 米澤 徹、鷲見太希
  • Organizer: 第63回高分子学会年次大会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
  • Year and Date: 2014-05-28 – 2014-05-30
• [Presentation] 蛍光性ナノ粒子の真空法による作成 (2014)
  • Author(s): 米澤徹、鷲見太希
  • Organizer: 第63回高分子学会年次大会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（愛知）
• [Presentation] PEG 中にスパッタリングで合成する蛍光性金ナノ粒子 (2014)
  • Author(s): 鷲見太希、本野真梧、白幡直人、米澤 徹
  • Organizer: 日本化学会第４９春季年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学（愛知）
• [Presentation] マトリクススパッタリング法を用いたシングルナノレベルの金ナノ粒子の合成と蛍光特性 (2014)
  • Author(s): 鷲見太希、本野真梧、白幡直人、米澤徹
  • Organizer: 化学系学協会北海道支部2014年冬季研究発表会
  • Place of Presentation: 北海道大学学術交流会館（北海道）
• [Presentation] 様々な金属源を用いたDMF還元法によるAgナノクラスターの合成 (2014)
  • Author(s): 獅子内優、白幡直人、中西貴之、長谷川靖哉、米澤徹
  • Organizer: 化学系学協会北海道支部2014年冬季研究発表会
  • Place of Presentation: 北海道大学学術交流会館（北海道）
• [Presentation] マトリクススパッタリング法で合成した金ナノ粒子の光学的特性と成長プロセス (2014)
  • Author(s): 中山裕博、米澤徹
  • Organizer: 化学系学協会北海道支部2014年冬季研究発表会
  • Place of Presentation: 北海道大学学術交流会館（北海道）
• [Presentation] マトリクススパッタリング法で合成した金ナノ粒子の光学特性及び成長プロセス (2014)
  • Author(s): 中山裕博、米澤徹
  • Organizer: 平成２５年度 日本金属学会、日本鉄鋼協会両支部合同冬季講演大会
  • Place of Presentation: 札幌市かでる２・７（北海道）
• [Presentation] 保護剤を用いたマトリクススパッタリング法による蛍光性金ナノ粒子の合成とその物性 (2013)
  • Author(s): 鷲見太希、本野真梧、白幡直人、米澤徹
  • Organizer: 第49回応用物理学会北海道支部・第10回日本光学会北海道地区合同学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学学術交流会館（北海道）
• [Presentation] マトリクススパッタリング法によるチタニア包埋ウレタンの作製 (2013)
  • Author(s): Porta Matteo、米澤 徹
  • Organizer: 第62回高分子学会年次大会
  • Place of Presentation: 京都国際会館（京都）
• [Presentation] Metallic titanium and titanium sub-oxide nanoparticle-dispersed urethane resin production via Molten Matrix Sputtering technique
  • Author(s): M. Porta, T. Yonezawa, Y.Shishino
  • Organizer: 第48回高分子学会北海道支部研究発表会
  • Place of Presentation: 北海道大学学術交流会館（北海道）
• [Presentation] 保護剤を含んだマトリクス中へのスパッタリング法を用いる金ナノ粒子の合成
  • Author(s): 鷲見太希、米澤徹
  • Organizer: 平成２５年度 日本金属学会・日本鉄鋼協会 両北海道支部合同夏季サマーセッション
  • Place of Presentation: 室蘭工業大学（北海道）
• [Presentation] Matrix sputtering of titanium for the formation of nanoparticles included in an urethane resin
  • Author(s): Porta Matteo, Tetsu Yonezawa
  • Organizer: 平成２５年度 日本金属学会・日本鉄鋼協会 両北海道支部合同夏季サマーセッション
  • Place of Presentation: 室蘭工業大学（北海道）
• [Book] 金属ナノ・マイクロ粒子の最新技術と応用 (2013)
  • Author(s): 米澤 徹（監修）
  • Total Pages: 236
  • Publisher: シーエムシー出版
• [Remarks] 先進材料ハイブリッド研究室
  • URL: http://labs.eng.hokudai.ac.jp/labo/limsa/
• [Remarks] 先進材料ハイブリッド工学研究室
  • URL: http://labs.eng.hokudai.ac.jp/labo/limsa/