| 研究課題/領域番号 |
19K05103
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26050:材料加工および組織制御関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
宮本 良之 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 上級主任研究員 (70500784)
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| 研究分担者 |
石川 善恵 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (20509129)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2019年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | レーザー加工 / 酸化物ナノ粒子 / パルス数制御 / 第一原理計算 / 比熱的平衡ダイナミクス / 電子格子ダイナミクス / TiO2表面 / エタノール分子 / 固液界面 / ナノ炭素材料 / パルスレーザー / レーザー照射 / 金属表面 / ナノ粒子 / フロー式照射 / 酸化物 / 時間依存密度汎関数理論 / 光学特性 / レーザーパルス / スリットノズル |
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| 研究開始時の研究の概要 |
レーザーによる加熱溶融では説明できない低パワーでのナノ粒子の形状変化や、生成物に大きく影響を及ぼす雰囲気分子との化学反応や非平衡状態でのダイナミクスなどの機構は不明である。研究代表者と分担研究者は昨年度までの科研費基盤研究において、レーザー照射下の物質の構造変化を電子励起状態ダイナミクスのシミュレーションで調べ、実験で用いられるレーザー装置の技術動向調査を行っており、これらを礎に、本提案の研究では、ナノ粒子のレーザー照射における表面融解や形状変化のダイナミクスを実験的研究とシミュレーションによる解析で行う。この研究を通してエネルギー効率の良い材料改質方法とその物理学的背景の探求を行う。
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| 研究成果の概要 |
ナノ粒子へのレーザーパルス照射回数を高精度で制御する実験技術を確立し、鉄酸化物ナノ粒子の化学組成や欠陥濃度をパルスの照射回数とパワーで制御できることを見出した。TiO2とエタノール界面のレーザーパルスによる反応を、計算モデルをコンパクトにできるコード開発を行った。TiO2とエタノール別々ではレーザー反応性が乏しいのものの両者共存の条件では計面でエタノールからTiO2へと水素が移動することを見出し、これらの結果はエタノール中で照射したTiO2粒子の還元によるTi3+の存在が示唆される可視域の吸収が増加する実験結果を支持するものであった。そのほかナノチューブや金属の構造レーザー制御も検証した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
材料の加工・改質技術として注目されているレーザー加工工程における、物質内の過程を調べるための実験的手法と理論的手法を同時に開発することができ、得られた研究成果を用いて狙った方向の物質加工・改質を行うことが可能となっている。この技術を用いて、通常の熱力学的な条件では達成しない新規材料の発見や、材料加工・改質によるナノスケール材料科学の発展に貢献することが期待される。学術的にはレーザーによる物質と光との相互作用が、温度の定義できない熱的非平衡状態を経由した相変化を起こす工程を調べる手段が確立しつつあり、この研究を発展させれば、高速ダイナミクスを理解する凝集系物理学の提唱・確率が期待される。
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