| 研究課題/領域番号 |
21K18843
|
|---|
| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
|
| 配分区分 | 基金 |
|---|
| 審査区分 |
中区分27:化学工学およびその関連分野
|
|---|
| 研究機関 | 東京農工大学 |
|---|
研究代表者 |
稲澤 晋 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30466776)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2021-07-09 – 2024-03-31
|
| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
|
| 配分額 *注記 |
5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2023年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2021年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
|
|---|
| キーワード | コロイド粒子 / 液液界面 / 気液界面 / 粒子濃縮 / Vapor-Liquid-Solid / コロイド結晶 / 水-油界面 / 物質移動 / 界面現象 / 流れ / Vapor-Liquid-Solid成長 / 結晶化 / 液滴触媒 |
|---|
| 研究開始時の研究の概要 |
Vapor-Liquid-Solid(VLS)成長では、蒸気(Vapor)で供給される半導体の原子が金属融液(Liquid)に溶け込み、過飽和状態を経て固体ワイヤー(Solid)が自発的に生成する。現在ではナノワイヤーやナノチューブなど細長いナノ材料の代表的な作製手段である。しかし、金属融液を用いるため耐高温の材料が対象の結晶成長法である。
本質的に必要な環境を常温で実現すれば、汎用溶媒でもVLS法と同様の結晶化を起こせるのではないか。液滴を介した細長いコロイド結晶の作製を通じて、非耐熱の材料も対象とした汎用性の高い結晶成長法として検討する。またVLS成長のメカニズムも検証する。
|
| 研究実績の概要 |
本研究では、常温かつ汎用溶媒でVapor-Liquid-Solid(VLS)メカニズムに似たコロイド結晶の成長を目指し、関連する気液、液液界面の性質を広く検討した。界面を介した物質移動や、液液/気液界面が流れに与える影響、コロイド粒子以外の物質が溶解した場合の濃縮が物質移動に与える影響、さらには結晶成長に必要な粒子濃縮がどのように起こるのかのその場観察、の四点に焦点を当て、以下の点を明らかにした。
（１）水相に溶解した両親媒性分子は、水の蒸発に伴い周囲の輸送に自発的に移動する。このときの組成は平衡組成とは必ずしも一致しない。これを粒子に置き換えて考えると、粒子の分散限界濃度は通常静的な溶液中で測定されるが、濃縮プロセスを伴う場では、参考程度にしかならない。（２）液液界面が大きいほど、液滴を含んだ流体(エマルション)の流れは阻害される。気液界面(泡)の場合は気液界面積ではなく、泡層がどの程度水を含んでいるのかで気泡間での水の流れやすさが決まる。VLS様の結晶成長をさせるための原料（＝コロイド粒子）の連続供給に活用できる知見である。（３）ポリマーとコロイド粒子が同時に濃縮される系では、粒子間空隙にポリマーが捕捉され、水の蒸発が著しく阻害される。コロイド結晶のバインダーとしてポリマーを用いる場合に考慮しなければならない。（４）VLS様のコロイド結晶成長を行う際に必要な粒子濃縮は、当初の想定以上に分散液内部の流れを誘発する。特に結晶成長が起こる界面付近の粒子濃度を高める必要があるが、その際には液滴内部の流れにも考える必要がある。
これらの事実は研究開始当初には予想していなかった事柄ばかりであり、常温汎用溶媒でVLS様のコロイド結晶成長をさせるために不可欠な知見が得られたと結論づける。
|
