界面活性剤を用いた多連続多孔質構造の形成

• 研究領域: 次世代物質探索のための離散幾何学
• 研究課題/領域番号: 17H06467
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 高見 誠一 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (40311550)
• 研究分担者: 遠藤 明 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究部門長 (30356604)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 109,980千円 (直接経費: 84,600千円、間接経費: 25,380千円); 2021年度: 19,500千円 (直接経費: 15,000千円、間接経費: 4,500千円); 2020年度: 19,500千円 (直接経費: 15,000千円、間接経費: 4,500千円); 2019年度: 19,500千円 (直接経費: 15,000千円、間接経費: 4,500千円); 2018年度: 19,500千円 (直接経費: 15,000千円、間接経費: 4,500千円); 2017年度: 31,980千円 (直接経費: 24,600千円、間接経費: 7,380千円)
• キーワード: 極小曲面 / ナノコンポジット薄膜 / セラミックスナノ粒子 / セラミックス薄膜 / ジルコニア / チタニア / 酸化ジルコニウムナノ粒子 / 幾何学 / ナノコンポジット / 3Dリソグラフィー / セラミックスコンポジット薄膜 / 金属原子含有界面活性イオン液体 / 石けん膜 / 微細加工 / イオン液体 / 界面活性剤 / ナノ粒子含有薄膜 / 多連続構造 / 多孔質構造 / 数学連携 / 多連続

研究成果の概要

セラミックスナノ粒子の分散液を調製し、これよりミリメートルサイズの枠上で極小曲面を形成した後に乾燥して、セラミックス極小曲面を形成するという手法を開発した。形成したセラミックス極小曲面は、YSZナノ粒子を用いた場合には97.6 wt%という極めて高い濃度でセラミックスナノ粒子を含むと同時に、直径1 mmのヘリコイド構造をとっている。枠形状を変えることで、様々な極小曲面の形状をとるセラミックス膜の形成にも成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で開発した極小曲面の形状を有したセラミックスナノコンポジット薄膜の形成手法は、数学が予測・設計する様々な極小曲面の構造を材料科学において実現する手段となる。これより、材料科学の研究者が持つ先入観を排した数学者の発想に基づく材料合成を可能とした。また、この手法の開発とともに数学、特に幾何解析学との連携を通じ、数学者の考える概念に対応する物質・材料を用いた研究の提案に至った。

研究成果

• [雑誌論文] One-step solvothermal synthesis and growth mechanism of well-crystallized β-Ga₂O₃ nanoparticles in isopropanol (2021)
  • 著者名/発表者名: Takezawa Kengo、Lu Jinfeng、Numako Chiya、Takami Seiichi
  • 雑誌名: CrystEngComm 巻: 23 号: 37 ページ: 6567-6573
  • DOI: 10.1039/d1ce00728a
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] イソプロパノール中におけるβ-Ga2O3ナノ粒子のソルボサーマル合成 (2021)
  • 著者名/発表者名: 竹澤 健悟, 髙見 誠一
  • 学会等名: 日本セラミックス協会 第34回秋季シンポジウム
• [学会発表] 水溶性原料を用いた酸化ハフニウムナノ結晶の連続水熱合成 (2021)
  • 著者名/発表者名: 佐藤公星，山本尚武，髙見誠一
  • 学会等名: ナノ学会第19回大会
• [学会発表] Production of ZrO2 nanocomposite films as a minimal surface (2021)
  • 著者名/発表者名: Noriaki Yoshihara, Rikuto Takai, Seiichi Takami
  • 学会等名: International Conference on Discrete Geometric Analysis for Materials Design
  • 国際学会
• [学会発表] セラミックスナノコンポジット極小曲面薄膜の合成 (2021)
  • 著者名/発表者名: 髙見誠一
  • 学会等名: 日本物理学会 第 76 回年次大会
• [学会発表] セラミックスナノコンポジット極小曲面薄膜の合成 (2020)
  • 著者名/発表者名: 髙見誠一, 高井陸斗, 吉原明典
  • 学会等名: 化学工学会第51回秋季大会
• [学会発表] Fabrication of micrometer-size complicated nanocomposite film structures designed by mathematics (2019)
  • 著者名/発表者名: Seiichi Takami
  • 学会等名: Polymers and networks via topology and entanglement
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Challenge with mathematics to fabricate microstructures using minimal surfaces (2019)
  • 著者名/発表者名: Seiichi Takami
  • 学会等名: Materials Research Meeting 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Preparation of ZrO2 Nanocomposite Film using Minimal Surface as Template (2019)
  • 著者名/発表者名: Rikuto Takai, Seiichi Takami
  • 学会等名: PACRIM13
  • 国際学会
• [学会発表] 極小曲面を利用したナノ・マイクロ構造の形成 (2018)
  • 著者名/発表者名: 高井陸斗、髙見誠一
  • 学会等名: ナノ学会第16回大会
• [学会発表] 数学との連携に基づく極小曲面を利用したナノ・ミクロ構造への挑戦 (2017)
  • 著者名/発表者名: 髙見誠一
  • 学会等名: 第11回 物性科学領域横断研究会