| 研究課題/領域番号 |
22K04884
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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 | 群馬工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
橋本 修一 群馬工業高等専門学校, 専攻科, 特命教授 (70208445)
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| 研究分担者 |
山路 稔 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (20220361)
橋本 千尋 新居浜工業高等専門学校, 生物応用化学科, 准教授 (90368465)
宇和田 貴之 城西大学, 理学部, 准教授 (30455448)
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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: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
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| キーワード | 貴金属ナノ粒子 / レーザー加熱 / 水滴 / ラマンスペクトル / 相転移 / 熱伝導 / プラズモン加熱 / 温度分布 / レーザー |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究の概要は、単一貴金属ナノ粒子にレーザー照射した場合に周囲に形成されることが期待される非等方的な温度分布に基づく熱化学反応を実験的に観測し、その機作を解明することである。非等方的温度分布は、単一貴金属ナノ粒子がプラズモン加熱されたとき、粒子から周囲に向かって温度勾配ができることに由来し、粒子を保持する基板の熱伝導率にも大きく影響される。本研究では、粒子周囲の水の融解のような相変化を調べることによって周囲の温度分布を明らかにする。そして、加熱に伴う溶液中でのコロイド粒子の運動から対流の非等方性を示す。更に、光照射で熱化学反応の駆動を行って熱的非等方性の影響を明らかにする研究である。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、従来、貴金属ナノ粒子の光熱変換の実験的研究がバルクスケールに限られていたため、マイクロスケールの限られた空間での熱伝導の距離依存性に関する実像が明らかでなかった点を克服することを目的とする。
このため、単一金ナノ粒子を内包する単一水滴を作製し、レーザー加熱による固相から液相への相転移を観測するための実験系の作製を行った。基板上に固定された水滴と空気中にレーザーで捕捉された水滴の両者を比較することをめざした。これによって、基板の存在による非等方的温度分布の役割解明と積極的利用が可能となる。
初年度において、基板上にペルチェ冷却器を用いて水滴を作製しそのラマンスペクトル測定ができるようになった。空気中の水滴については捕捉実験の困難に直面し、ラマンスペクトル測定に至っていない。水滴の温度コントロールを行うための顕微鏡用の冷却チャンバーを作製したので、これを用いてラマンスペクトルの温度変化の測定を行う。
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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
本研究計画を実施するために近赤外光レーザーを新規購入し、空気中で水滴を捕捉するための実験光学系を作製することができた。水滴の温度コントロールをおこなう冷却チャンバーを作製することができた。熱流体シミュレーションにより金ナノ粒子をレーザー加熱した場合の水滴サイズに依存した温度分布のシミュレーションにも着手した。
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| 今後の研究の推進方策 |
金ナノ粒子を含有する水滴に関して、基板上に固定された場合と空気中にレーザーで捕捉された場合について、冷却チャンバーを用いて水分子のラマンスペクトルの温度変化を計測する。これによって、水の固相から液相への相転移温度を観測する。液滴サイズに応じた水の相転移を観測することにより、マイクロスケールでの熱伝導の実像を初めて明らかにできる。
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