| 研究課題/領域番号 |
18K04901
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| 研究機関 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
小橋 和文 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (60586288)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | カーボンナノチューブ / 吸着等温線 / 基準物質 / 平坦性 / 相対圧 / 表面組成 / 比表面積 / 細孔 |
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| 研究実績の概要 |
初年度（H30年度）はナノ材料の中から繊維状のモデル物質としてCNTを研究対象とし、そのN2ガス吸着測定における基準物質を選抜できた。このような基準物質を用いて、今後、CNT集合体の表面積、細孔分布のより正確な評価が期待できる。さらに、CNT集合体が作り出す表面の学術的な理解を深めることができる。
N2ガス吸着測定における基準物質は、表面が平坦（非多孔）で表面組成が測定試料と類似している物質が望ましい。そこで、1）表面平坦性、2）表面組成の2評価項目に着目して種々のカーボン材料から基準物質の選抜を進めた。用いたのは、活性炭、活性炭素繊維、CB、黒鉛、メソポーラスカーボン、カーボンナノホーン、CNTで、表面平坦性、表面組成が異なる様々な物質を検討した。
1）表面平坦性に関する選抜プロセスとして上記カーボン材料のN2吸着等温線を測定し、極低圧領域の吸着カーブを比較した。この極低圧領域では試料表面にN2の第一層目が形成されることが知られており、特に相対圧10-5～10-3での吸着カーブの傾きが大きいほど、表面平坦性が高くなる（より非多孔性となる）。この傾きを比べたところ、種々のカーボン材料の中で、多層CNTのVGCF、Graphitized CB（GCB）がより大きな値を示した。さらに、この相対圧10-5～10-3での平坦な表面への吸着量を、相対圧10-8～10-5でのマイクロ孔（＜2nm）に相当する空間への吸着量で割った値を比較した。その結果、VGCF、GCBがより大きな値を有した。この値は表面平坦性を表す指標として提案でき、表面平坦性の観点からVGCF、GCBが基準物質候補となることを見出した。この研究成果を日本吸着学会の口頭発表で報告できた。
一方、2）表面組成について評価を進めるとともに、電子顕微鏡による構造評価を行い、基準物質を選抜する上での知見を得ることができた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
ナノ粒子の集合体が作り出す表面は、学術的に十分には理解されていない。そこで、ナノ粒子の中から繊維状のモデル物質としてCNTを選択し、その表面を評価するための基準物質の解明に着手した。表面平坦性と表面組成の観点から、基準物質の候補を検討した。種々のカーボン材料のN2吸着等温線を測定し比較したところ、多層CNTのVGCF、Graphitized CB（GCB）は表面平坦性がより高いことが分かった。表面組成については、XPS測定による表面官能基の評価を検討中である。また、カーボン粒子1個、複数個からなる集合体の構造評価を電子顕微鏡により行い、個々の特徴を見出すことができた。X線回折による構造解析についても検討を開始した。
このようなナノ材料の表面評価に用いる基準物質は、学術、産業応用の両方で重要であり解明が期待されることを日本吸着学会で確認できた。学会では、基準物質の表面平坦性について報告し、極低圧での吸着等温線解析による評価が興味深いと好評を得た。また、吸着等温線の解析手法について意見交換を行い、今後の方針をより明確にできた。
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| 今後の研究の推進方策 |
ナノ材料の表面評価（ガス吸着）に資する基準物質の解明を目指し、表面平坦性と表面組成の観点から研究を進める。表面平坦性に関しては、極低圧でのN2吸着等温線に着目し、平坦性を定量的に評価する。また、電子顕微鏡観察等により構造解析を行い、表面平坦性を多角的に検討する。
一方、表面組成についてはXPS等により官能基量の定量的な評価を行う。種々のカーボン材料（活性炭、活性炭素繊維、CB、黒鉛、メソポーラスカーボン、カーボンナノホーン、単層CNT、多層CNT）を用いて、これらの評価を行いCNTに適した基準物質像を明らかにする。
その後、基準物質を選抜して多種類のCNT市販品の比表面積、細孔分布の評価を行い、基準物質の妥当性を検証する。さらに、CNT糸、膜、バルク等の部材評価を進めてCNT実用化研究を加速させるとともに、CNT集合体が作り出す表面の学術的な理解を深める。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
次年度への効率的な予算執行のため。
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