| 研究課題/領域番号 |
19K22200
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
堀毛 悟史 京都大学, 高等研究院, 准教授 (70552652)
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| 研究期間 (年度) |
2019-06-28 – 2021-03-31
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| キーワード | 金属－有機構造体 / ガラス / 機械特性 |
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| 研究実績の概要 |
本研究ではセラミックス、有機高分子、金属のどれとも異なる新たなガラスとして、金属－有機構造体（Metal-organic framework, MOF）を用いる。目標として 既存ガラスの10倍以上の破壊エネルギーを持ち「曲げに強く」、かつ電子伝導性が高いMOFガラス半導体を合成する。本年度は曲げに強いガラスの作成を念頭におき、金属イオンと配位子の組合せ、およびガラス化手法を各種検討した。その中で例として銀イオン（Ag+)およびニトリル基を有する様々な配位子からなるMOFが、200～400℃の温度領域で結晶融解を示し、その徐冷によって安定なメルトクエンチガラスを形成することを見出した。なおこれら融解性のMOFの液体領域は50～100℃であり、十分に安定な液体相を示す。一方でこれら結晶を直接ボールミル処理することにより、機械的刺激によってもガラス化できることを確認した。ボールミルガラスの粉末を用い、２軸プレス法によって1cmサイズのモノリスを成形加工したところ、粒界がないガラス加工体を得ることができた。メルトクエンチガラス、ボールミルガラスそれぞれの機械的特性の定量的評価はこれからであるが、これら十分なサイズを有するバルクガラスを利用し、次年度は曲げ耐性の定量的評価を行ってゆく。
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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
様々な「曲げ応答性」を有するMOFガラスのライブラリを拡張できており、金属イオンと配位子の組合せ、およびネットワーク構造の多様性により、曲げに対する様々な応答性の知見を得る準備ができている。また材料の機械特性評価に必須であるcmオーダーのモノリス、膜、ペレットなどの加工性についても現在までに実現できており、曲げ耐性評価の資料作りについても十分な進展を見せている。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度得られたAg+－ニトリル系のMOFについて、メルトクエンチガラスおよびボールミルガラスのそれぞれについて、作成したモノリスを利用した曲げ特性の評価を系統的に進める。そして得られた結果と金属イオン／配位子／ネットワーク構造との相関を明らかとしてゆく。次に高い曲げ特性を持ちうるMOFを基軸に、電子伝導の特性をもつ金属イオン、配位子の組合せへと展開する。Ag+はd10金属イオンであり、電子伝導は期待できない。第一遷移金属イオン（主に２価）を用い、ニトリル系配位子および-OH, -NH2基等の配位子との組合せを検討し、半導体特性をもつMOFガラスの合成をすすめる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
【当該助成金が生じた状況】物品費、旅費ともに予定より使用額は小さかった。物品費については、当初予定していたガラス評価系装置の導入の見送りが主な理由である。また旅費については当初予定していたセラミックス学会参加の見送り、および放射光X線測定出張がキャンセルされたことが主な理由である。
【翌年度分として請求した助成金と合わせた使用計画】物品費、旅費ともに合わせた金額を利用して、ガラス評価系装置の導入を進め、また出張に関しては参加できなかった海外学会および放射光X線施設への出張等によって使用する予定である。
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