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トップダウン・ボトムアップレーザープロセスによるハイエントロピー合金ナノ粒子創製

公募研究

研究領域ハイエントロピー合金:元素の多様性と不均一性に基づく新しい材料の学理
研究課題/領域番号 21H00152
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関大阪公立大学 (2022)
大阪市立大学 (2021)

研究代表者

八ツ橋 知幸  大阪公立大学, 大学院理学研究科, 教授 (70305613)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円)
2022年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2021年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
キーワード液中レーザーアブレーション / 高繰り返しピコ秒パルスレーザー / ミディアムエントロピー合金 / コアシェル様ナノ粒子 / ナノ粒子長鎖構造 / 合金ナノ粒子 / ピコ秒レーザー / レーザープラズマ / 有機金属錯体 / 高パルス繰り返しレーザー / プラズマ / 金属錯体
研究開始時の研究の概要

バルクのハイエントロピー合金を原料とする液中レーザーアブレーションによるトップダウンプロセス、そして有機金属錯体を原料とするレーザープラズマ融合によるボトムアッププロセスの両輪によってハイエントロピー合金ナノ粒子を作製する。従来の1000倍のパルス繰り返し(1 MHz)が可能なピコ秒レーザーを用いて収量の少なさを克服する。トップダウンではバルク原料の組成を保持しつつ粒径分布の制御を試みる。ボトムアップでは有機金属錯体を原料に組成を制御したハイエントロピー合金ナノ粒子の作製を試みる。さらに界面の利用やレーザー波長によって粒子物性制御や反応性の向上を試みる。

研究実績の概要

液中レーザーアブレーションでは通常用いることのない紫外光ならびにパルスの重ね打ちによって,等モルFeCoNi ミディアムエントロピー合金(MEA)試料からNiリッチのFeCoNi MEAコアかつFeをシェルとするナノ粒子からなる長鎖構造を得ることに成功した.
原料は電着により用意し,超純水中で紫外ピコ秒パルスレーザー(355 nm,15 ps,600 kHz)を集光掃引照射してナノ粒子を作製した.得られたコロイドには直径約50 nmのナノ粒子が形成する10 μmを越える長さの鎖状構造が観測された.ナノ粒子の組成が原料と異なる原因は,まず紫外多光子過程でそれぞれの金属イオンが生じ,さらにNiの還元が優位になったためと推定した.また,コアシェル様構造の形成は液中レーザーアブレーションの特徴である極めて高速な昇温かつ冷却過程におけるFeの析出とCoならびにNiの拡散が原因であると考えられる.
鎖状構造は吸引濾過による機械的衝撃を与えても壊れず,同一条件で純Feをアブレーションすると粒径分布の広い球状粒子が生成するが鎖状構造は全く見られない.一般に金ナノ粒子などでは電気双極子-双極子相互作用により弱い鎖状構造を形成することが知られているが,本実験条件ではそのような要因は考えられない.液中レーザーアブレーションでは粒子ならびに気泡によるレーザー光の散乱によって収量が減少することを避けるのが常識である.そのため通常は紫外線を用いず,レーザーパルスを同一箇所に照射することはない.レーザー出力ならびに照射時間依存性,そして照射の掃引速度依存性を検討した結果,鎖状構造は試料表面への紫外レーザーの重ね打ちによる溶融で生じた強固なものであると結論した.

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2023 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 2件) 図書 (1件) 備考 (3件)

  • [雑誌論文] Fabrication of FeCoNi medium-entropy alloy nanoparticles by high-repetition-rate UV picosecond laser ablation in water2023

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Atsuya、Yatsuhashi Tomoyuki
    • 雑誌名

      Journal of Alloys and Compounds

      巻: 950 ページ: 169896-169896

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2023.169896

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Laser-fluence dependence of resonance-enhanced multiphoton reduction of trivalent europium2022

    • 著者名/発表者名
      Matsuda Shohei、Nakashima Nobuaki、Yokoyama Keiichi、Taniguchi Seiji、Chosrowjan Haik、Somekawa Toshihiro、Yatsuhashi Tomoyuki
    • 雑誌名

      Chemical Physics Letters

      巻: 802 ページ: 139759-139759

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2022.139759

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Reduction and precipitation of aqueous europium (III) under an air atmosphere by near-infrared femtosecond laser pulses2022

    • 著者名/発表者名
      Tamejima Kazuya、Mizuta Chihiro、Nakashima Nobuaki、Sakota Kenji、Shinoda Satoshi、Yatsuhashi Tomoyuki
    • 雑誌名

      Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry

      巻: 427 ページ: 113853-113853

    • DOI

      10.1016/j.jphotochem.2022.113853

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 液-液界面を利用する均一粒径金属ナノ粒子のレーザー合成2022

    • 著者名/発表者名
      八ッ橋知幸、岡本拓也、堀川雄輝
    • 雑誌名

      光学

      巻: 51 ページ: 61-67

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] フェムト秒レーザーイオン化による多価分子イオン生成2022

    • 著者名/発表者名
      八ッ橋知幸
    • 雑誌名

      J. Mass Spectrom. Soc. Jpn.

      巻: 70 ページ: 24-29

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Bottom-up Synthetic Approaches to Carbon Nanomaterial Production in Liquid Phase by Femtosecond Laser Pulses2022

    • 著者名/発表者名
      Yatsuhashi Tomoyuki、Okamoto Takuya
    • 雑誌名

      High-Energy Chemistry and Processing in Liquids

      巻: 1 ページ: 331-356

    • DOI

      10.1007/978-981-16-7798-4_17

    • ISBN
      9789811677977, 9789811677984
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Smallest Organic Tetracation in the Gas Phase : Stability of Multiply Charged Diiodoacetylene Produced in Intense Femtosecond Laser Fields2021

    • 著者名/発表者名
      Kawaguchi Takashi、Kitagawa Kosei、Toyota Kazuo、Kozaki Masatoshi、Okada Keiji、Nakashima Nobuaki、Yatsuhashi Tomoyuki
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry A

      巻: 125 号: 36 ページ: 8014-8024

    • DOI

      10.1021/acs.jpca.1c06390

    • URL

      https://ocu-omu.repo.nii.ac.jp/records/2020525

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Fabrication of FeCoNi medium-entropy alloy by laser ablation in water using UV picosecond laser pulses2023

    • 著者名/発表者名
      Atsuya Watanabe and Tomoyuki Yatsuhashi
    • 学会等名
      International Workshop on High-entropy Alloys
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fabrication of FeCoNi medium-entropy alloy nanoparticles by high-repetition-rate UV picosecond laser ablation in water2023

    • 著者名/発表者名
      Atsuya Watanabe,Tomoyuki Yatsuhashi
    • 学会等名
      The 24th International Symposium on Laser Precision Microfabrication (LPM2023)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 高繰り返し紫外ピコ秒レーザーアブレーションによるFeCoNiミディアムエントロピー合金コロイド合成2022

    • 著者名/発表者名
      八ッ橋知幸、渡邉充哉
    • 学会等名
      2022年光化学討論会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 紫外ピコ秒レーザーアブレーションによるFeCoNiミディアムエントロピー合金ナノ粒子の作製2022

    • 著者名/発表者名
      渡邉充哉、八ッ橋知幸
    • 学会等名
      第16回分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 高繰り返し紫外ピコ秒レーザーによる金属ナノ粒子生成2022

    • 著者名/発表者名
      渡邉充哉、水田千尋、八ッ橋知幸
    • 学会等名
      日本化学会 第102春季年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Reduction and Precipitation of Aqueous Europium (III) under Air Atmosphere by Near-Infrared Femtosecond Laser Pulses2021

    • 著者名/発表者名
      Kazuya TAMEJIMA, Nobuaki NAKASHIMA, Kenji SAKOTA, Tomoyuki YATSUHASHI
    • 学会等名
      2021年光化学討論会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 4原子からなる4価有機カチオンの安定性2021

    • 著者名/発表者名
      川口貴士、北川晃正、豊田和男、八ッ橋知幸
    • 学会等名
      第15回分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 水中油滴を利用する均一粒径金属ナノ粒子のレーザー合成2021

    • 著者名/発表者名
      八ッ橋知幸、岡本拓也、堀川雄輝
    • 学会等名
      レーザー技術を駆使した材料生成とその制御
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [図書] High-Energy Chemistry and Processing in Liquids2022

    • 著者名/発表者名
      Yoshie Ishikawa, Takahiro Nakamura, Morihisa Saeki, Tadatake Sato, Teruki Sugiyama, Hiroyuki Wada, Tomoyuki Yatsuhashi
    • 総ページ数
      356
    • 出版者
      Springer Nature Singapore Pte Ltd.
    • ISBN
      9789811677977
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] Yatsuhashi's Home Page

    • URL

      http://laserchem.jp/

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書
  • [備考] 光物理化学研究室

    • URL

      https://www.omu.ac.jp/sci/chem-photophys/

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] PHOTOPHYSICAL CHEMISTRY

    • URL

      http://www.sci.osaka-cu.ac.jp/chem/laser/laser.html

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

URL: 

公開日: 2021-04-28   更新日: 2023-12-25  

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