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マトリクススパッタリング法による無機元素ブロック包埋機能性ハイブリッド樹脂の構築

公募研究

研究領域元素ブロック高分子材料の創出
研究課題/領域番号 25102501
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
研究機関北海道大学

研究代表者

米澤 徹  北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90284538)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
研究課題ステータス 完了 (2014年度)
配分額 *注記
7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
2014年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2013年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
キーワードスパッタリング / 金 / 銀 / ナノ粒子 / 粒径制御 / 蛍光 / クラスター / 界面活性剤 / ヘテロ元素ブロック / マトリクススパッタリング / 樹脂 / 熱硬化性 / ナノクラスター / 樹脂包埋 / ウレタン
研究実績の概要

設計したマグネトロンスパッタリング装置を用い、そのチャンバー内に直接液状高分子や樹脂モノマー液を導入し、また場合によっては、添加剤となる金属錯形成物質を導入して無機ヘテロ元素ブロックとしての金属ナノ粒子・金属酸化物ナノ粒子の直接合成を試みた。これをマトリックススパッタリング法と名付けた。
ナノ粒子の粒子径制御には、金属配位化合物の利用が効果的である。液体マトリックス中にチオールなどの金属配位化合物を導入することによりナノ粒子の粒子径制御が可能であることを見出している。一方で、液体マトリックスとは別に、やや揮発性の高いチオール分子をチャンバー内に入れ、チャンバーのガス雰囲気にチオール分子を導入することによっても、ナノ粒子の小粒径化に成功した。このとき、得られたナノ粒子の量子収率は極めて高かった。一般に金ナノ粒子の発光量子収率は1-2%程度であるが、この手法で得られた金ナノ粒子は、10%を越える量子収率を示すものも多く、最大で16%にも達した。これは、チャンバー雰囲気にチオール分子を導入することにより、クラスター状態でナノ粒子がチオールに覆われ、スパッタリング液表面でそれらが凝集したものをナノ粒子として回収しているからと考えられる。そのため、金錯体のような高い量子収率を示しながら、安定にその発光特性を維持できる金ナノ粒子を合成できたことになる。極めて興味深い実用的な材料である。
金属酸化物ナノ粒子の合成では、チタニアの樹脂内への導入について議論を行ってきたが、酸素欠損型のチタニアが多く得られる場合があった。
また、共同研究の大きな成果としては、銅-パラジウム合金ナノクラスターをDMFを還元剤として用いて可能とした。このとき、この合金クラスターは固溶体構造を取っていることがXPSより示唆された。また、発光量子収率も金属組成によって変化することが示され、興味ある合金素材となった。

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (38件)

すべて 2015 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (30件) (うち招待講演 3件) 図書 (1件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] One-pot preparation of cationic charged Pt nanoparticles by the autocatalytic hydrolysis of acetylthiocholine2015

    • 著者名/発表者名
      Yohei Ishida, Thatchanont Jirasupangkul, and Tetsu Yonezawa
    • 雑誌名

      New Journal of Chemistry

      巻: in press 号: 6 ページ: 4214-4217

    • DOI

      10.1039/c5nj00420a

    • NAID

      120005625295

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Formation and Optical Properties of Fluorescent Gold Nanoparticles Obtained by Matrix Sputtering Method with Volatile Mercaptan Molecules in the Vacuum Chamber and Consideration of Their Structures2015

    • 著者名/発表者名
      4.Taiki Sumi, Shingo Motono, Yohei Ishida, Naoto Shirahata, and Tetsu Yonezawa
    • 雑誌名

      Langmuir

      巻: 31 号: 14 ページ: 4323-4329

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.5b00294

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Synthesis of Binary Solid Solution Cu-Pd Nanoparticles by DMF Reduction for Enhanced Photoluminescent Properties2015

    • 著者名/発表者名
      2.Masashi Chiba, Mai Nguyen Thanh, Yasuchika Hasegawa, Yasushi Obora, Hideya Kawasaki, and Tetsu Yonezawa
    • 雑誌名

      Journal of Materials Chemistry C

      巻: 3 号: 3 ページ: 514-520

    • DOI

      10.1039/c4tc02129k

    • NAID

      120005667715

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Copper Film Prepared from Copper Fine Particle Paste by Laser Sintering at Room Temperature: Influences of Sintering Atmosphere on the Morphology and Resistivity2014

    • 著者名/発表者名
      Gang Qin
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys.

      巻: 53 号: 9 ページ: 965011-965019

    • DOI

      10.7567/jjap.53.096501

    • NAID

      210000144459

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Double-Wall TiO2 Nanotube Arrays: Enhanced Photocatalytic Activity and In situ TEM Observations at High Temperature2014

    • 著者名/発表者名
      3.Chaorui Xue, Takashi Narushima, Yohei Ishida, Tomoharu Tokunaga, and Tetsu Yonezawa
    • 雑誌名

      ACS Applied Materials & Interfaces

      巻: 6 号: 22 ページ: 19924-19932

    • DOI

      10.1021/am505333v

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] マトリックススパッタリング法によって合成された蛍光性銀ナノ粒子2015

    • 著者名/発表者名
      中林良太・石田洋平・米澤 徹
    • 学会等名
      日本化学会 第95春季年会
    • 発表場所
      日本大学 船橋キャンパス
    • 年月日
      2015-03-26 – 2015-03-29
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] マトリクススパッタリング法に有機配位子を共存させた発光性金ナノ粒子合成2015

    • 著者名/発表者名
      •石田洋平・鷲見太希・米澤 徹
    • 学会等名
      日本化学会 第95春季年会
    • 発表場所
      日本大学 船橋キャンパス
    • 年月日
      2015-03-26 – 2015-03-29
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Size–controlled synthesis of fluorescent gold nanoparticles by matrix sputtering method2015

    • 著者名/発表者名
      Yohei Ishida, Taiki Sumi, Tetsu Yonezawa
    • 学会等名
      249th ACS National Meeting & Exposition
    • 発表場所
      Colorado Convention Center, Denver, CO, USA
    • 年月日
      2015-03-22 – 2015-03-26
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 金属酸化物の機能化に関するSTEM観察2015

    • 著者名/発表者名
      米澤 徹
    • 学会等名
      北大Titanユーザーズミーティング
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2015-03-09
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] チオール配位子を含んだPEG中へのスパッタリングによる銀ナノ粒子の合成2015

    • 著者名/発表者名
      中林良太、石田洋平、米澤 徹
    • 学会等名
      化学系学協会北海道支部2015年冬季研究発表会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2015-01-27
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] リポ酸を保護剤とするCuナノ粒子の合成と蛍光特性2015

    • 著者名/発表者名
      千葉仁嗣、NGUYEN Thanh Mai、米澤 徹
    • 学会等名
      第50回応用物理学会北海道支部/第11回日本光学会北海道地区合同学術講演会
    • 発表場所
      旭川市・勤労者福祉会館
    • 年月日
      2015-01-09 – 2015-01-10
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] チオール配位子に保護された銀ナノ粒子のマトリクススパッタリング合成2015

    • 著者名/発表者名
      •中林良太、石田洋平、米澤 徹
    • 学会等名
      第50回応用物理学会北海道支部/第11回日本光学会北海道地区合同学術講演会
    • 発表場所
      旭川市・勤労者福祉会館
    • 年月日
      2015-01-09 – 2015-01-10
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Preparation of Tiny Fluorescent Gold Nanoparticles2014

    • 著者名/発表者名
      Tetsu Yonezawa
    • 学会等名
      Workshop on Global Future Healthcare on Materials Science and Engineering
    • 発表場所
      Nanyang Technological University, Singapore
    • 年月日
      2014-10-21
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 化学還元による Cu/Pd ナノクラスターの合成と蛍光特性2014

    • 著者名/発表者名
      千葉仁嗣、中西貴之、長谷川靖哉、T. M. Nguyen、石田洋平、米澤 徹
    • 学会等名
      2014年光化学討論会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2014-10-11 – 2014-10-13
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] ナノ粒子を直接包埋したウレタン樹脂の作製2014

    • 著者名/発表者名
      米澤 徹、ポルタ マッテオ
    • 学会等名
      第63回高分子討論会
    • 発表場所
      長崎大学
    • 年月日
      2014-09-24 – 2014-09-26
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 銅微粒子のレーザーシンタリングによる導電膜形成と微細パターニング2014

    • 著者名/発表者名
      渡辺 明、Gang Qin、米澤 徹、塚本宏樹
    • 学会等名
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2014-09-17 – 2014-09-20
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 保護剤混合 PEG 中にスパッタリングで合成する蛍光性金ナノ粒子2014

    • 著者名/発表者名
      鷲見太希、石田洋平、米澤 徹
    • 学会等名
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2014-09-17 – 2014-09-20
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] スパッタリング環境のコントロールによる金ナノ粒子の粒径制御と高効率発光特性2014

    • 著者名/発表者名
      石田洋平、鷲見太希、米澤 徹
    • 学会等名
      第65回コロイドおよび界面化学討論会
    • 発表場所
      第65回コロイドおよび界面化学討論会
    • 年月日
      2014-09-03 – 2014-09-05
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Facile Preparation of Metal Fine/Nano Particles for Electronics and Fluorescent2014

    • 著者名/発表者名
      Tetsu Yonezawa and Yohei Ishida
    • 学会等名
      International Union of Materials Research Societies – The IUMRS International Conference in Asia 2014
    • 発表場所
      Fukuoka University, Japan
    • 年月日
      2014-08-24 – 2014-08-30
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] マトリクススパッタリング法を用いたシングルナノレベルの銀ナノ粒子の合成2014

    • 著者名/発表者名
      中林良太、石田洋平、米澤 徹
    • 学会等名
      平成26年度日本金属学会・日本鉄鋼協会両支部合同サマーセッション
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2014-07-28
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] チオール保護剤を含んだPEG中へのスパッタリングによる蛍光性金ナノ粒子の合成2014

    • 著者名/発表者名
      鷲見太希、石田洋平、米澤 徹
    • 学会等名
      日本化学会 北海道支部2014年夏季研究発表会
    • 発表場所
      苫小牧工業高等専門学校
    • 年月日
      2014-07-12
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] マトリクススパッタリング法による銀ナノ粒子の粒径制御2014

    • 著者名/発表者名
      中林良太、石田洋平、米澤 徹
    • 学会等名
      日本化学会 北海道支部2014年夏季研究発表会
    • 発表場所
      苫小牧工業高等専門学校
    • 年月日
      2014-07-12
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Study on titanium oxide and sub-oxide nanoparticle dispersion in liquid produced via molten matrix sputtering2014

    • 著者名/発表者名
      Yohei Ishida, Matteo Porta, Yuichi Shishino, Tetsu Yonezawa
    • 学会等名
      Interinational Symposium on Polymeric Materials Based on Element-Blocks
    • 発表場所
      京都工芸繊維大学60周年記念会館
    • 年月日
      2014-05-31
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 蛍光性ナノ粒子の真空法による作成2014

    • 著者名/発表者名
      米澤 徹、鷲見太希
    • 学会等名
      第63回高分子学会年次大会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場
    • 年月日
      2014-05-28 – 2014-05-30
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 蛍光性ナノ粒子の真空法による作成2014

    • 著者名/発表者名
      米澤徹、鷲見太希
    • 学会等名
      第63回高分子学会年次大会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場(愛知)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] PEG 中にスパッタリングで合成する蛍光性金ナノ粒子2014

    • 著者名/発表者名
      鷲見太希、本野真梧、白幡直人、米澤 徹
    • 学会等名
      日本化学会第49春季年会
    • 発表場所
      名古屋大学(愛知)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] マトリクススパッタリング法を用いたシングルナノレベルの金ナノ粒子の合成と蛍光特性2014

    • 著者名/発表者名
      鷲見太希、本野真梧、白幡直人、米澤徹
    • 学会等名
      化学系学協会北海道支部2014年冬季研究発表会
    • 発表場所
      北海道大学学術交流会館(北海道)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 様々な金属源を用いたDMF還元法によるAgナノクラスターの合成2014

    • 著者名/発表者名
      獅子内優、白幡直人、中西貴之、長谷川靖哉、米澤徹
    • 学会等名
      化学系学協会北海道支部2014年冬季研究発表会
    • 発表場所
      北海道大学学術交流会館(北海道)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] マトリクススパッタリング法で合成した金ナノ粒子の光学的特性と成長プロセス2014

    • 著者名/発表者名
      中山裕博、米澤徹
    • 学会等名
      化学系学協会北海道支部2014年冬季研究発表会
    • 発表場所
      北海道大学学術交流会館(北海道)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] マトリクススパッタリング法で合成した金ナノ粒子の光学特性及び成長プロセス2014

    • 著者名/発表者名
      中山裕博、米澤徹
    • 学会等名
      平成25年度 日本金属学会、日本鉄鋼協会両支部合同冬季講演大会
    • 発表場所
      札幌市かでる2・7(北海道)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 保護剤を用いたマトリクススパッタリング法による蛍光性金ナノ粒子の合成とその物性2013

    • 著者名/発表者名
      鷲見太希、本野真梧、白幡直人、米澤徹
    • 学会等名
      第49回応用物理学会北海道支部・第10回日本光学会北海道地区合同学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学学術交流会館(北海道)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] マトリクススパッタリング法によるチタニア包埋ウレタンの作製2013

    • 著者名/発表者名
      Porta Matteo、米澤 徹
    • 学会等名
      第62回高分子学会年次大会
    • 発表場所
      京都国際会館(京都)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Metallic titanium and titanium sub-oxide nanoparticle-dispersed urethane resin production via Molten Matrix Sputtering technique

    • 著者名/発表者名
      M. Porta, T. Yonezawa, Y.Shishino
    • 学会等名
      第48回高分子学会北海道支部研究発表会
    • 発表場所
      北海道大学学術交流会館(北海道)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 保護剤を含んだマトリクス中へのスパッタリング法を用いる金ナノ粒子の合成

    • 著者名/発表者名
      鷲見太希、米澤徹
    • 学会等名
      平成25年度 日本金属学会・日本鉄鋼協会 両北海道支部合同夏季サマーセッション
    • 発表場所
      室蘭工業大学(北海道)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Matrix sputtering of titanium for the formation of nanoparticles included in an urethane resin

    • 著者名/発表者名
      Porta Matteo, Tetsu Yonezawa
    • 学会等名
      平成25年度 日本金属学会・日本鉄鋼協会 両北海道支部合同夏季サマーセッション
    • 発表場所
      室蘭工業大学(北海道)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [図書] 金属ナノ・マイクロ粒子の最新技術と応用2013

    • 著者名/発表者名
      米澤 徹(監修)
    • 総ページ数
      236
    • 出版者
      シーエムシー出版
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [備考] 先進材料ハイブリッド研究室

    • URL

      http://labs.eng.hokudai.ac.jp/labo/limsa/

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [備考] 先進材料ハイブリッド工学研究室

    • URL

      http://labs.eng.hokudai.ac.jp/labo/limsa/

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書

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公開日: 2013-05-15   更新日: 2019-07-29  

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