一、二層のグラフェンシートがセラミックスに複合化した高効率熱電変換材料の創製

• 研究課題/領域番号: 26420672
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 無機材料・物性
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 干川 康人 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (90527839)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2016年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2015年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2014年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
• キーワード: 複合材料・物性 / ナノ材料 / セラミックス / 電気・電子材料 / 構造・機能材料 / 炭素材料 / 電子・電気材料

研究成果の概要

一、二層グラフェンシートを被覆した無機ナノ粒子はグラフェンとナノ粒子両方の優れた物理的・化学的特性を持った魅力的な原料である。本研究では、CVD法により炭素被覆無機ナノ粒子を調製し、それらを用いることでナノ炭素を複合した機能性材料の創製を行った。タングステン酸から合成された炭素被覆炭化タングステンナノ粒子を用いた炭素-炭化タングステン複合体は高い導電率、負の熱起電力、低い熱伝導率を有し、優れた熱電特性を示した。また、炭素被覆アルミナナノ粒子を用いることで高い導電性とナノ貫通孔を持つカーボンモノリスを作製し、酵素を固定化することで水溶液中で高い酸素還元能を示す酵素電極を開発に成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Analysis of the interaction between rubber polymer and carbon black surfaces by efficient removal of physisorbed polymer from carbon-rubber composites (2016)
  • 著者名/発表者名: Yasuto Hoshikawa, Baigang An, Susumu Kashihara, Takafumi Ishii, Mariko Ando, Syuji Fujisawa, Koutarou Hayakawa, Satoshi Hamatani, Hiroshi Yamada, Takashi Kyotani
  • 雑誌名: Carbon 巻: 99 ページ: 148-156
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2015.12.003
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Real Understanding of the Nitrogen-Doping Effect on the Electrochemical Performance of Carbon Materials by Using Carbon-Coated Mesoporous Silica as a Model Material (2016)
  • 著者名/発表者名: Alberto Castro-Muñiz, Yasuto Hoshikawa, Takatoshi Kasukabe, Hiroshi Komiyama, Takashi Kyotani
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 32 号: 8 ページ: 2127-2135
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.5b03667
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improving the Direct Electron Transfer in Monolithic Bioelectrodes Prepared by Immobilization of FDH Enzyme on Carbon-Coated Anodic Aluminum Oxide Films (2016)
  • 著者名/発表者名: Alberto Castro-Muñiz, Yasuto Hoshikawa, Hiroshi Komiyama, Wataru Nakayama, Tetsuji Itoh, Takashi Kyotani
  • 雑誌名: Frontiers in Materials 巻: 3
  • DOI: 10.3389/fmats.2016.00007
  • 査読あり
• [雑誌論文] Size-Dependent Filling Behavior of UV-Curable Di(meth)acrylate Resins into Carbon-Coated Anodic Aluminum Oxide Pores of around 20 nm (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Nakagawa, A. Nakaya, Y. Hoshikawa, S. Ito, N. Hiroshiba, T. Kyotani
  • 雑誌名: ACS Appl. Mater. Interfaces 巻: 8 号: 44 ページ: 30628-30634
  • DOI: 10.1021/acsami.6b10561
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 酵素電極の電極面に固定化するラッカーゼの配向制御法 (2016)
  • 著者名/発表者名: 干川康人
  • 雑誌名: ぶんせき 巻: 4 ページ: 146-146
  • 査読あり
• [雑誌論文] Size-tailored synthesis of gold nanoparticles and their facile deposition on AAO-templated carbon nanotubes via electrostatic self-assembly: Application to H2O2 detection (2015)
  • 著者名/発表者名: 4.P. Pannopard, C. Boonyuen, C. Warakulwit, Y. Hoshikawa, T. Kyotani, J. Limtrakul
  • 雑誌名: Carbon 巻: 94 ページ: 836-844
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2015.07.057
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A quantitative analysis of carbon edge sites and an estimation of graphene sheet size in high-temperature treated, non-porous carbons (2014)
  • 著者名/発表者名: Takafumi Ishii, Susumu Kashihara, Yasuto Hoshikawa, Jun-ichi Ozaki, Naokatsu Kannari, Kazuyuki Takai, Toshiaki Enoki, Takashi Kyotani
  • 雑誌名: Carbon 巻: 80 ページ: 135-145
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2014.08.048
  • 査読あり
• [学会発表] Carbon Coating to Inorganic Nanoporous Materials by CVD Method and Their Electrochemical Applications (2016)
  • 著者名/発表者名: Yasuto Hoshikawa, Alberto Castro-Muñiz, Takashi Kyotani
  • 学会等名: 第43回炭素材料学会年会 International Session
  • 発表場所: 千葉大学けやき会館（千葉県・千葉市）
  • 年月日: 2016-12-07
  • 招待講演
• [学会発表] ゴム-フィラー界面構造解析を目的とした炭素被覆アルミナナノ粒子/ゴム複合材料の作製 (2016)
  • 著者名/発表者名: 川口 玲, 赤羽秀信, 石井孝文, 山田 浩, 干川康人, 京谷 隆
  • 学会等名: 第４３回炭素材料学会年会
  • 発表場所: 千葉大学けやき会館（千葉県・千葉市）
  • 年月日: 2016-12-07
• [学会発表] ナノポーラスカーボンモノリスを用いた酵素電極の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 今井 雄大, Castro-Muniz Alberto, 野崎功一, 山根祥平, 伊藤徹二, 干川康人, 京谷 隆
  • 学会等名: 第４３回炭素材料学会年会
  • 発表場所: 千葉大学けやき会館（千葉県・千葉市）
  • 年月日: 2016-12-07
• [学会発表] 表面化学性状の異なる 炭素被覆アルミナナノ粒子を用いた ゴム-フィラー界面構造の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 干川康人, 川口玲, 石井孝文, 京谷 隆, 赤羽秀信, 山田 浩
  • 学会等名: 学振炭素材料117委員会第320回委員会
  • 発表場所: 東京大学本郷キャンパス工学部8号館（東京都・文京区）
  • 年月日: 2016-11-11
• [学会発表] Preparations of carbon-coated alumina nanoparticles with different surface chemical properties and applications as fillers for rubbers (2016)
  • 著者名/発表者名: Rei Kawaguchi, Hidenobu Akahane, Takafumi Ishii, Hiroshi Yamada, Yasuto Hoshikawa, Takashi Kyotani
  • 学会等名: 平成28年度化学系学協会東北大会
  • 発表場所: いわき明星大学（福島県・いわき市）
  • 年月日: 2016-09-10
• [学会発表] 酵素担持を目的とした三次元ナノポーラスカーボンモノリスの作製 (2016)
  • 著者名/発表者名: 干川康人, 今井雄大, 京谷 隆, 野崎功一, 天野良彦, 山根祥平, 伊藤徹二
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第２９回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 広島大学 東広島キャンパス（広島県・東広島市）
  • 年月日: 2016-09-07
• [学会発表] 表面化学性状の異なる炭素被覆アルミナナノ粒子の調製とゴム用フィラーとしての応用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 干川康人, 川口 玲, 石井孝文, 京谷 隆, 赤羽秀信, 山田 浩
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第２９回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 広島大学 東広島キャンパス（広島県・東広島市）
  • 年月日: 2016-09-07
• [学会発表] 表面化学性状の異なる炭素被覆アルミナナノ粒子の調製とゴム用フィラーとしての応用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 川口 玲, 赤羽秀信, 石井孝文, 山田 浩, 干川康人, 京谷 隆
  • 学会等名: 第54回炭素材料夏季セミナー
  • 発表場所: 富士通労働組合総合センター（長野県飯縄町）
  • 年月日: 2016-08-29
• [学会発表] Orientation Control of Laccase Immobilized in a Carbon-coated Anodic Aluminum Oxide Film for Enhancing Electrocatalytic Activity (2016)
  • 著者名/発表者名: Yasuto Hoshikawa, Castro-Muniz Alberto, Hanako Tawata, Takashi Kyotani, Kouichi Nozaki, Shohei Yamane, Tetsuji Itoh
  • 学会等名: Carbon2016
  • 発表場所: USA,State College
  • 年月日: 2016-07-10
  • 国際学会
• [学会発表] Carbon-Coated Mesoporous Silica as a Model Material of Porous Carbons in Electrochemical Applications (2016)
  • 著者名/発表者名: Alberto Castro-Muniz, 干川康人, 粕壁隆敏, 込山 拓, 京谷 隆
  • 学会等名: 学振117委員会第317回委員会
  • 発表場所: 東京都市大学世田谷キャンパス（東京都・世田谷区）
  • 年月日: 2016-04-15
• [学会発表] Analysis of the interaction between rubber polymer and carbon black surface (2015)
  • 著者名/発表者名: 干川康人, 安 百鋼, 柏原 進, 石井孝文, 安東真理子, 藤澤秀忠, 早川光太郎, 浜谷悟司, 山田 浩, 京谷 隆
  • 学会等名: 第42回炭素材料学会年会
  • 発表場所: 関西大学千里山キャンパス（吹田）
  • 年月日: 2015-12-02
• [学会発表] アルミナナノ粒子を利用したカーボンモノリスの作製と酵素電極への応用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 今井雄大, Castro-Muniz Alberto, 野崎功一, 伊藤徹二, 干川康人, 京谷 隆
  • 学会等名: 第42回炭素材料学会年会
  • 発表場所: 関西大学千里山キャンパス（吹田
  • 年月日: 2015-12-02
• [学会発表] 炭素-炭化タングステンナノ複合体の作製と熱電素子への応用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 菅原 敬, 干川康人, 宮崎 譲, 小野木伯薫, 京谷 隆
  • 学会等名: 第42回炭素材料学会年会
  • 発表場所: 関西大学千里山キャンパス（吹田
  • 年月日: 2015-12-02
• [学会発表] ラッカーゼを固定化した炭素被覆ナノポーラスアルミナ膜の作製と酵素電極としての評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 干川康人, Castro- Muniz Alberto, 多和田華子, 京谷 隆, 野崎功一, 天野良彦, 山根祥平, 伊藤徹二
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第２８回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 富山大学五福キャンパス（富山）
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] Mesoporous Silica Coated with Nitrogen-Doped Carbon as Model Material for Electrochemical Application (2015)
  • 著者名/発表者名: Alberto Castro-Muniz, Yasuto Hoshikawa, Dae-Soo Yang, Hirotomo Nishihara, Jong-Sung Yu, Takashi Kyotani
  • 学会等名: 平成27年度化学系学協会東北大会
  • 発表場所: 弘前大学文京キャンパス（弘前）
  • 年月日: 2015-09-12
• [学会発表] CVD法を用いた無機ナノ材料への均一炭素被覆と電気デバイスへの応用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 干川康人, Castro-Muñiz Alberto, 京谷隆
  • 学会等名: 第53回炭素材料夏季セミナー
  • 発表場所: 東京ソラマチ（東京都墨田区）
  • 年月日: 2015-08-10
  • 招待講演
• [学会発表] Quantitative analysis of rubber polymers chemically bonded to the edge sites of carbon black (2015)
  • 著者名/発表者名: Yasuto Hoshikawa, Baigang An, Susumu Kashihara, Takafumi Ishii, Mariko Ando, Syuji Fujisawa, Koutarou Hayakawa, Satoshi Hamatani, Hiroshi Yamada, Takashi Kyotani
  • 学会等名: CARBON2015
  • 発表場所: German, Dresden
  • 年月日: 2015-07-12
  • 国際学会
• [学会発表] Uniform coating of N-doped carbon on pore walls in mesoporous silica for electrochemical applications (2014)
  • 著者名/発表者名: Alberto Castro-Muniz, Yasuto Hoshikawa, Hiroshi Komiyama, Takashi Kyotani
  • 学会等名: 第41回炭素材料学会年会
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2014-12-08 – 2014-12-10
• [学会発表] Siラジカルを利用したメソポーラスシリカの均一炭素被覆 (2014)
  • 著者名/発表者名: 干川康人、Castro-Muniz Alberto、込山拓、京谷隆
  • 学会等名: 2014年度第2回ナノカーボン研究会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2014-11-17
• [学会発表] 炭素被覆アルミナナノ粒子を用いた高導電性炭素-アルミナナノ複合体の作製 (2014)
  • 著者名/発表者名: 干川康人，野村啓太，石井孝文，岡井誠，赤津隆，篠田豊，京谷隆
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第27回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 鹿児島
  • 年月日: 2014-09-09 – 2014-09-11
• [学会発表] Preparation of carbon-alumina nanocomposite with excellent electrical conductivity from carbon-coated alumina nanoparticles (2014)
  • 著者名/発表者名: Keita Nomura, Yasuto Hoshikawa, Takafumi Ishii, Makoto Okai, Takashi Akatsu, Yutaka Shinoda, Takashi Kyotani
  • 学会等名: Carbon2014
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 年月日: 2014-06-29 – 2014-07-04
• [備考] 東北大学多元物質科学研究所高分子・ハイブリッド材料研究センター京谷研究室
  • URL: http://www.tagen.tohoku.ac.jp/labo/kyotani/
• [備考] 東北大学多元物質科学研究所京谷研究室
  • URL: http://www.tagen.tohoku.ac.jp/labo/kyotani/
• [備考] 東北大学多元物質科学研究所高分子・ハイブリッド材料研究センター
  • URL: http://www.tagen.tohoku.ac.jp/center/PHyM/research.html
• [備考] ナノマクロ物質・デバイス・システム創製アライアンス研究者データベース
  • URL: http://star-five.net/
• [備考] 多元物質科学研究所業績データベース
  • URL: http://db.tagen.tohoku.ac.jp/php/db/
• [備考] 東北大学多元物質科学研究所 京谷研究室
  • URL: http://www.tagen.tohoku.ac.jp/labo/kyotani/