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ナノ金属中空多面体の創製および中空化機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 18760528
研究種目

若手研究(B)

配分区分補助金
研究分野 構造・機能材料
研究機関大阪大学

研究代表者

仲村 龍介  大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (70396513)

研究期間 (年度) 2006 – 2007
研究課題ステータス 完了 (2007年度)
配分額 *注記
3,500千円 (直接経費: 3,500千円)
2007年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2006年度: 2,500千円 (直接経費: 2,500千円)
キーワードナノ粒子 / 中空構造 / 還元反応 / 自己組織化 / 金属ナノ粒子 / 酸化反応 / 原子空孔 / 透過型電子顕微鏡
研究概要

昨年度は,酸化反応による金属ナノ粒子の中空化現象を調査し,中空状酸化物の形成機構および形成条件を明らかにした。中空構造は内部に表面をもつためエネルギー的に準安定的な形態である.そのため,高温では内部の孔は収縮すると理論計算により予測されているが,実験的に観察された例はない.そこで,今年度は,中空状酸化物粒子が還元雰囲気に置かれたときの構造および形態変化について調査した.
Cuナノ粒子を酸化させて得られる中空状Cu_2O粒子をTEM中の高真空下(5×10^<-5>Pa)で加熱し,形態変化をその場観察した.中空粒子の粒径および酸化物殻の厚さに依らず,200℃付近でCu_2OからCuへの還元反応が始まった。還元反応が始まる温度で粒子の収縮が観察された.還元反応の進行に伴い中空粒子は収縮し,元の緻密なCu粒子へと戻ることが明らかとなった。Cuナノ粒子の酸化および還元サイクルを繰り返し行うと,中実Cu→中空Cu_2O→中実Cuと可逆的に形態変化を繰り返す.また,還元反応の途中段階では,還元されたCu原子が,酸化物層の内側の表面で表面拡散し,Cu粒子を形成する.これは,酸化物中の酸素の外方拡散,すなわち,還元速度に比べCu原子の表面拡散が速いためである.中空酸化物粒子は,中心方向へ向かって均一に収縮するのではなく,元の中心位置から偏在して金属ナノ粒子へ戻ることがわかった.
原子拡散が活発に起こる温度では,中空構造を収縮させるような物質移動が起こる.これは,中空構造が余分な表面エネルギーをもつ不安定な形態であることに起因した,自己組織化現象である.

報告書

(2件)
  • 2007 実績報告書
  • 2006 実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2007 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Hollow Oxide Formation by Oxidation ofAl and Cu Nanop articles2007

    • 著者名/発表者名
      R. Nakamura。D. Tokozakura, H. Nakajima, J.-G Lee, H. Mori
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics 101

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Transmission electron microscopy observation of oxide layer growth on Cunanop articles and formation process of hollow oxide particles2007

    • 著者名/発表者名
      D. Tokozakura, R. Nakamura, H. Nakajima, J.-G Lee, H. Mori
    • 雑誌名

      Journal of Materials Research 22

      ページ: 2930-2935

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Oxidation Behavior of Cu Nanoparticles and Formation of Hollow C_<u2>O Spheres2007

    • 著者名/発表者名
      R. Nakamura, D. Tokozakura, J.-G. Lee, H. Mori, H. Nakajima
    • 雑誌名

      Materials Science Forum 561-565

      ページ: 1703-1706

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 酸化による金属ナノ粒子の中空化2007

    • 著者名/発表者名
      仲村 龍介, 李 正九, 森 博太郎, 中嶋 英雄
    • 雑誌名

      触媒 49

      ページ: 344-349

    • NAID

      10019746171

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hollow oxide formation by oxidation of Al and Cu nanoparticles2007

    • 著者名/発表者名
      R.Nakamura
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics (in press)

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Formation of hollow ZnO through low temperature oxidation of Zn nanoparticles2007

    • 著者名/発表者名
      R.Nakamura
    • 雑誌名

      Materials Letters 61・44-5

      ページ: 1060-1063

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Hollow Oxide Formation via Oxidation of Al Nanoparticles at Low Temperatures2007

    • 著者名/発表者名
      R.Nakamura
    • 雑誌名

      Materials Science Forum 544-545

      ページ: 347-350

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Formation of Nano-Scaled Hollow Oxide Particles Using Oxidation Reaction2007

    • 著者名/発表者名
      R.Nakamura
    • 雑誌名

      Proceedings of 2007 TMS Annual Meeting & Exhibition : 2007 Nanomaterials : Fabrication, Properties and Applications (CD-ROM)

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [学会発表] Oxidation Behavior of Cu Nanoparticles and Formation of Hollow C_<u2>O Spheres2007

    • 著者名/発表者名
      R. Nakamura, D. Tokozakura, J.-G. Lee, H. Mori, H. Nakajima
    • 学会等名
      The Sixth Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing (PRICM6)
    • 発表場所
      International Convention Center,Jeju, South Korea
    • 年月日
      2007-11-08
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] 中空状酸化物粒子の高温酸化と構造安定性2007

    • 著者名/発表者名
      仲村龍介、中嶋英雄、森博太郎
    • 学会等名
      日本金属学会2007年秋期大会
    • 発表場所
      岐阜大学,岐阜
    • 年月日
      2007-09-20
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Formation of a Nano-pore during Oxidation of Metal Nanoparticles2007

    • 著者名/発表者名
      R. Nakamura, D. Tokozakura, J.-G. Lee, H. Mori, H. Nakajima
    • 学会等名
      5th International Conference of Porous Metals and Metallic Foams (MetFoam2007)
    • 発表場所
      Hotel Delta Centre-Ville, Montreal, Canada
    • 年月日
      2007-09-05
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.sanken.osaka-u.ac.jp/labs/mmp/

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書

URL: 

公開日: 2006-04-01   更新日: 2016-04-21  

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