| 研究課題/領域番号 |
23K21050
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| 補助金の研究課題番号 |
21H01668 (2021-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2021-2023) |
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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 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
曽根 正人 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (30323752)
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| 研究分担者 |
細田 秀樹 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (10251620)
チャン ツォーフーマーク 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (10647069)
黒子 弘道 奈良女子大学, 工学系, 教授 (20221228)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2024年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2023年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2022年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2021年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
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| キーワード | 電気化学反応 / 電気めっき / 超臨界流体 / 二酸化炭素 / 電析 / 超臨界二酸化炭素 / 回転電極 / 貴金属 / 高分子繊維 / 電気化学的特性 / めっき / ナノ空間 / 有機材料 / 無機材料 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、超臨界二酸化炭素と電解質溶液との乳濁状態を電気化学反応場とする超臨界ナノプレーティング（SNP）法を用いることにより、金属・無機・有機材料のナノ空間にナノメートルの無欠陥かつ均一な金属を被覆を実現するめっき金属成長制御の学理を構築することを目的とする。具体的には、超臨界電気化学反応用回転電極セルを創成することにより、電気化学及び流体工学的に反応解析し、その成果をもとに、金属成長機序を解明する。本研究により、新規超臨界電気化学反応用回転電極セルが作製され、電気化学反応の詳細が解明され、同時にナノレベルの金属被覆が実現した。
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| 研究実績の概要 |
本提案では、 十ナノメートルの微細孔への無欠陥埋め込みめっきを可能とする超臨界ナノプレーティング（SNP）法を、超臨界電気化学反応用回転電極セルを創成することにより、電気化学及び流体工学的に反解析し金属成長機序を解明し、金属無機・有機材料のナノ空間にナノメートルレベルの無欠かつ均一な金属を被覆可能なめっき金属成長制御の学理を構築することを目的とする。
［１］2021年度までに、超臨界二酸化炭素電気化学反応用回転電極セルを設計・製造を実行し、超臨界二酸化炭素を用いた電気化学反応に関する素反応解析に成功した。2022年度に素反応解析の成果をJournal of The Electrochemical Society（J.Electrochem.Soc.）に二報発表した。この成果をナノ粒子分散のめっき液を用いた電解めっきに応用し、超臨界二酸化炭素分散相をソフト粒子、ナノ粒子をハード粒子とする電析機構モデルを提案できた。この成果をMaterials Chemistry and Physicsに発表した。2023年度は、めっきにおける添加剤の電析反応における役割について電気化学反応解析することに成功した。その成果をJ.Electrochem.Soc.で報告した。このように無機材料のナノ空間への金属析出に関する反応機構に関して研究計画に沿った研究実施ができた。
［２］超臨界二酸化炭素触媒化法による高分子繊維のナノ空間への金属触媒の析出機構に関して固体NMR法による解析に成功した。この研究により超臨界二酸化炭素の繊維のナノ構造への影響と、超臨界二酸化炭素触媒化法による結晶化を見出し、同時にポリマー鎖の分子運動の抑制を直接明らかにすることができた。この成果をThe Journal of Supercritical Fluidsで発表した。2023年度は繊維の撚り数を変えることにより、超臨界CO2法により単繊維（ヤーン）にめっきできることを見出した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
［１］2021年度までに、超臨界電気化学反応用回転電極セルを設計・製造を作成し、超臨界二酸化炭素を用いた電気化学反応に関する電気化学反応解析に成功した。
2022年度にその成果をJournal of The Electrochemical Society（J.Electrochem.Soc.）に二報発表できた。この成果をナノ粒子分散のめっき液を用いた電解めっきに応用し、超臨界二酸化炭素分散相をソフト粒子、ナノ粒子をハード粒子とする電析機構モデルを提案できた。この成果をMaterials Chemistryand Physicsに発表した。2023年度は、めっきにおける添加剤の電析反応における役割について電気化学反応解析することに成功し、J.Electrochem.Soc.で報告した。
［２］超臨界二酸化炭素触媒化法による高分子繊維のナノ空間への金属触媒の析出機構に関して固体NMR法による解析に成功した。この研究により超臨界二酸化炭素の繊維のナノ構造への影響と、超臨界二酸化炭素触媒化法による結晶化を見出し、同時にポリマー鎖の分子運動の抑制を直接明らかにすることができた。この成果をThe Journal of Supercritical Fluidsで発表した。2023年度は繊維の撚り数を変えることにより、超臨界CO2法により単繊維（ヤーン）にめっきできることを見出した。これは繊維の金属被覆におけるブレイクスルーであり、2024年度に国際学会発表と論文発表を行う予定である。
以上のように研究計画している課題に関して極めて順調に解明し、かつ主要学術雑誌で発表している。
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| 今後の研究の推進方策 |
2023年度に、いままで極めて困難であったマクロフィラメント単体への金属被覆を試みる。繊維の撚り数を変えることにより、超臨界CO2法により単繊維（ヤーン）にめっきできることを見出した。繊維の撚り数が、繊維の金属被覆にどのように影響を与えるかを固体高分解能NMRで解析が進んでいる。本年は更に繊維の化学構造が、金属被覆にどのように影響を与えるかを明らかにする。
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