| 研究課題/領域番号 |
22K04880
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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28030:ナノ材料科学関連
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| 研究機関 | 東京理科大学 |
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研究代表者 |
生野 孝 東京理科大学, 先進工学部電子システム工学科, 准教授 (60466331)
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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 (2023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: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
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: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
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| キーワード | カーボンナノチューブ / プラスチック / CVD / 化学気相成長法 / 合成法 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
地球環境の観点から，無価値な廃プラスチックから有用なカーボンナノチューブ（CNT）へのアップサイクルが社会的に求められている．本研究課題では，廃プラスチックからできたMWNTの産業応用を目指し，高速かつ大量にプラスチックをCNTへ変換する新たなプロセスを開発し，①収率向上（収率80%），②収量向上（収量50 g/日）の実現を目指す．
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| 研究実績の概要 |
地球環境の観点から，無価値な廃プラスチックから有用なカーボンナノチューブ（CNT）へのアップサイクルが社会的に求められている．これまでにプラスチックの熱分解ガスを原料に用いた化学気相成長（CVD）法によるCNT成長の報告はあるものの，収率が低い（約4%）という課題があった．そこで申請者はこれまでに，既報を元に独自装置を開発し，約30%の収率でポリエチレンから多層CNT（MWNT）へ変換可能なCVD条件を見出すことができた．本研究課題では，廃プラスチックからできたMWNTの産業応用を目指し，申請者が開発したプロセスをさらに発展させることで，①収率向上（収率80%），②収量向上（収量50 g/日）の実現を目的とする．
２０２２年度は，流体シミュレーションと実験の両面から研究を進めた結果，比較的単純な装置構成によりCNTの収率が工場することを明らかにした．２０２３年度は，より高純度なCNTを大量生産するための施策として，プラスチックの高度分解プロセス開発を実施した．高度分解装置には，熱エネルギーだけでは分解しにくい結合を触媒作用により解離させる仕組みを取り入れた．その結果，C3以上の炭化水素の発生を抑え選択的にC2H4分子に変換することができた．
さらに，CNTの直径制御に向けて，触媒金属微粒子の直径均一化を試みた．有機金属のクラスターを物理的に形成し連続的にCVD反応炉に供給する手法を開発した．その結果，これまで本手法ではMWNTしか成長しなかったが，SWNTを成長させることができた．
他に，CNT薄膜の配線応用や欠陥評価に関する研究を行った．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
プラスチックの高度分解プロセスおよび触媒金属形成技術を確立したことにより，プラスチックからSWNTに変換できるようになったため，当初の予定通りおおむね順調に進展することができた．
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| 今後の研究の推進方策 |
引き続きCVD条件，プラスチックの高度分解条件，触媒金属形成条件を最適化し，プラスチックからCNTへの高純度高効率変換を行う．並行して，CNTの直径制御を行う．また，得られたCNTの用途開発を積極的に推進する．
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