| 研究課題/領域番号 |
22K04797
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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27010:移動現象および単位操作関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
猪股 宏 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 特任教授 (10168479)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 260千円 (直接経費: 200千円、間接経費: 60千円)
2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2022年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | ナノ粒子 / 擬似分子モデル化 / PVT / 浸透圧 / 擬似分子 / ハイブリッドナノ粒子 / 分子熱力学 / コアシェル型 / ２元型 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
無機ナノ粒子は、有機材料との混合系とすることにより適用範囲が飛躍的に拡大する。そのため、親水的なコア粒子表面に有機分子を修飾してコアシェル型とする手法がとられている。コアシェル型ハイブリッドナノ粒子の特性は、関係する因子が多く実験・経験から推定される現状に対して、ナノ粒子を熱力学的に扱うことにより種々の特性の予測を可能とするようなナノ粒子の擬似分子モデルを提案する。その際、コア粒子とシェル層では物性により寄与率が異なり、シェル層には溶媒分子の浸透・溶媒和により形態変化が誘引されるため、擬似分子モデルに形状とエネルギーの観点から２種類のアプローチを導入する２元型モデルを志向するものである。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、ナノ粒子の擬似分子モデル化が目的であり、そのサンプル策定が非常に重要である。対象サンプルについては、コア粒子をシリカ(S)とセリア（C）２種類、コア粒子径は製造設備の関係からまず～10nmの1種、修飾鎖種は炭素鎖長がC6、C10、C14の３種脂肪酸に絞った。なお、粒子生成の段階での未反応修飾分子あるいは洗浄溶媒の残存の影響が大きく、C14修飾鎖についての実験データの整理は検討中である。
これまでに測定実績のあるC6-セリア、C10-セリア粒子については、洗浄精製後の粉末粒子を対象として、PVT測定を温度常温～200℃、圧力～200MPaの範囲で実施した。同時に修飾鎖に利用した相当脂肪酸のPVTデータも獲得した。これらのデータを比較したところ、PVTから算出される圧縮率については、ナノ粒子の値が修飾鎖分子より大幅に小さく、コア粒子に固定された炭素鎖の運動が制限されていることが判明した。その制限度合いをパラメータとして整理すると、２元型としてのモデルの可能性さらには炭素鎖、温度、圧力の関数として整理できる可能性が示唆された。
擬似分子モデル化には、分子として扱うための「分子量」の情報が必須であり、これを凝固点降下、沸点上昇測定からの算出も検討したがばらつきが大きく、推定が困難であった。そこで、浸透圧測定を検討した。シリカ等の親水性サンプル＋水溶液では、良好なデータが得られたが、有機溶媒系では半透膜種や固定方法などで問題が生じ、現在、自作装置の改良を行っているところである。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
PVT測定については、ほぼ計画通りの進捗であるが、コア粒子種とそのコア粒径、さらに修飾鎖の炭素長を変えたサンプル生成が予想外に時間がかかることが判明している。また、洗浄精製がサンプルには必須であり、ここでも予想以上の時間が必要となっている。
浸透圧測定装置については、市販装置では有機溶媒系の測定は、ほぼ困難であると判断し、目下自作装置の改良中であり、その半透膜の固定方法が確立できれば、分子量という重要物理量の獲得ができるものと考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
PVTデータが測定できれば、それをベースにナノ粒子の状態方程式などを利用する場合の特性パラメータを決定する方法論はできている。その精度を向上させるためにも対象サンプル粒子の範囲を広くしたいが、その製造が律速である。最小限のデータを利用するためにも、浸透圧などの混合系の基礎データも併用した方法論の検討も行う。
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