光誘起ナノ反応場を利用したナノマテリアルの創製

2010 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20245043
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 平尾 一之 京都大学, 工学研究科, 教授 (90127126)
• 研究分担者: 下間 靖彦 京都大学, 工学研究科, 准教授 (40378807) ; 田原 美紀 京都大学, 工学研究科, 特定研究員 (70437250)
• キーワード: ナノマテリアル / マイクロリアクター / フェムト秒レーザー / 液相アブレーション / 永久磁石 / スーパーコンティニューム / 単磁区臨界径 / 超常磁性

研究概要

石英ガラス製のマイクロフローセルとシリンジポンプを光学顕微鏡に組み込み、フェムト秒レーザーの集光照射によって、ナノ反応場(光誘起ナノ反応場)を循環式のマイクロリアクター内に位置させたナノマテリアル合成システムを構築した。本システムを利用し、永久磁石材料として代表的なNd_2Fe_<14>B、FePtから成る単磁区臨界半径以下の平均粒子径が約50nmの球状ナノ粒子の合成に成功した。溶媒として使用したシクロヘキサンもレーザー照射により分解され、作製したNd_2Fe_<14>B、FePtナノ粒子表面には、ともに2nm程度のアモルファスカーボンで被覆されていることをTOF-SIMS分析により確認した。Nd_2Fe_<14>Bナノ粒子は、結晶性が低下したものの、レーザー照射前に比べて保磁力が約2倍向上した。また、FePtナノ粒子はレーザー照射によって、結晶構造がfct構造からfcc構造に相転移したが、850℃、15分間の熱処理によって、再びfct構造に相転移し、保磁力がレーザー照射前と比べて約20倍に向上した。さらに、ナノ粒子形成過程を明らかにするため、ナノ反応場におけるレーザー光のエネルギーの消費量を計測した。その結果、照射したエネルギーのうち約55%が溶媒との相互作用(ブロードなスーパーコンティニュームの発生や溶媒分子のフラグメンテーション)に利用されていることを確認した。Nd_2Fe_<14>B、FePtナノ粒子の形成は、照射したフェムト秒レーザー光によるアブレーション、さらに発生したスーパーコンティニュームに関係していると示唆できた。本研究により開発したナノマテリアル合成技術を応用展開することで、バイオメディカル用磁性流体等に応用可能な高純度のナノマテリアルを高速かつ高効率で合成可能なプロセス技術確立へのブレークスルーを見出すことができた。

研究成果

• [雑誌論文] Photo-initiation of ZnO nanorod formation by femtosecond laser irradiation (2010)
  • 著者名/発表者名: N.Wu, Y.Shimotsuma, M.Nishi, M.Sakakura, K.Miura, K.Hirao
  • 雑誌名: Journal of the Ceramic Society of Japan 巻: 118 ページ: 147-151
  • 査読あり
• [雑誌論文] Glasses for Photonic Applications (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Richardson, D.Krol, K.Hirao
  • 雑誌名: International Journal of Applied Glass Science 巻: 1 ページ: 74-86
  • 査読あり
• [雑誌論文] Selective growth of gold nanoparticles on FIB-induced amorphous phase of Si substrate (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Matsuoka, M.Nishi, Y.Shimotsuma, K.Miura, K.Hirao
  • 雑誌名: Journal of the Ceramic Society of Japan 巻: 118 ページ: 575-578
  • 査読あり
• [雑誌論文] Random lasing from localized modes in strongly scattering systems consisting of macroporous titania monoliths infiltrated with dye solution (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Murai, K.Fujita, J.Konishi, K.Hirao, K.Tanaka
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 97 ページ: 031118(1-3)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Space-selective phase separation inside a glass by controlling compositional distribution with femtosecond laser irradiation (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Shimizu, K.Miura, M.Sakakura, M.Nishi, Y.Shimotsuma, S.Kanehira, T.Nakaya, K.Hirao
  • 雑誌名: Applied Physics A 巻: 100 ページ: 1001-1005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultrafast Manipulation of Self-Assembled Form Birefringence in Glass (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Shimotsuma, M.Sakakura, P.G.Kazansky, M.Beresna, J.Qiu, K.Miura, K.Hirao
  • 雑誌名: Advanced Materials 巻: 108 ページ: 073533(1-10)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation and magnetic properties of amorphous EuTiO_3 thin films (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Zong, K.Kugimiya, K.Fujita, H.Akamatsu, K.Hirao, K.Tanaka
  • 雑誌名: Journal of Non-Crystalline Solids 巻: 356 ページ: 2389-2392
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simultaneous Tailoring of Phase Evolution and Dopant Distribution in the Glassy Phase for Controllable Luminescence (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Zhou, N.Jiang, K.Miura, S.Tanabe, M.Shimizu, M, Sakakura, Y.Shimotsuma, M.Nishi, J.g Qiu, K.Hirao
  • 雑誌名: Journal of American Ceramics Society 巻: 132 ページ: 17945-17952
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanism of heat-modification inside a glass after irradiation with high-repetition rate femtosecond laser pulses (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Shimizu, M.Sakakura, M.Ohnishi, Y.Shimotsuma, T.Nakaya, K.Miura, K.Hirao
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 108 ページ: 073533(1-10)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Elastic and thermal dynamics in femtosecond laser-induced structural change inside glasses studied by the transient lens method (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Sakakura, M.Terazima, Y.Shimotsuma, K.Miura, K.Hirao
  • 雑誌名: Laser Chemistry 巻: 2010 ページ: 128268(1-15)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phase control on iron silicieds using femtosecond laser irradiation (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Kanehira, M.Sakakura, Y.Shimotsuma, M.Eida, K.Miura, K.Hirao
  • 雑誌名: Applied Physics A 巻: 101 ページ: 81-85
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication of three-dimensional 1 x 4 splitter waveguides inside a glass substrate with spatially phase modulated laser beam (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Sakakura, T.Sawano, Y.Shimotsuma, K.Miura, K.Hirao
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 18 ページ: 12136-12143
  • 査読あり
• [雑誌論文] Environmental radiation monitoring utilizing solod state dosimeters (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Koyama, Y.Miyamoto, A.Fujiwara, H.Kobayashi, K.Ajisawa, H.Komori, Y.Takei, H.Nanto, T.Kurabori, H.Kakimoto, M.Sakakura, Y.Shimotsuma, K.Miura, K.Hirao, T.Yamamoto
  • 雑誌名: Sensors and Materials 巻: 22 ページ: 377-385
  • 査読あり
• [雑誌論文] Emission and excitation mechanism of radiophotoluminescence in Ag^+-activated phosphate glass (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Miyamoto, K.Kinoshita, S.Koyama, Y.Takei, H.Nanto, T.Yamamoto, M.Sakakura, Y.Shimotsuma, K.Miura, K.Hirao
  • 雑誌名: Nuclear Instruments & Methods in Physics Research Section A 巻: 619 ページ: 71-74
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ionizing radiation sensor utilizing rasiophotoluminescence in Ag+-activated phosphate glass and its application to environmental radiation monitoring (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Miyamoto, K.Kinoshita, H.Kobayashi, A.Fujiwara, S.Koyama, Y.Takei, H.Nanto, T.Yamamoto, T.Kurobori, T.Yanagida, A.Yoshikawa, M.Sakakura, Y.Shimotsuma, K.Miura, K.Hirao
  • 雑誌名: Sensors and Materials 巻: 22 ページ: 235-245
  • 査読あり
• [雑誌論文] Emission mechanism of radiophotoluminescence in Ag-doped phosphate glass (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Miyamoto, T.Yamamoto, K.Kinoshita, S.Koyama, Y.Takei, H.Nanto, Y.Shimotsuma, M.Sakakura, K.Miura, K.Hirao
  • 雑誌名: Radiation Measurements 巻: 45 ページ: 546-549
  • 査読あり
• [雑誌論文] Good Solvent Effects of C-70 Cluster Formations and Their Electron-Transporting and Photoelectrochemical Properties (2010)
  • 著者名/発表者名: N.Tezuka, T.Umeyama, Y.Matano, T.Shishido, M.Kawasaki, M.Nishi, K.Hirao, H.Lehtivuori, N.V.Ikachenko, H.Lemmetyinen, Y.Honsho, S.Seki, H.Imahori
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry B 巻: 114 ページ: 14287-14297
  • 査読あり
• [雑誌論文] Selective Formation and Efficient Photocurrent Generation of [70]Fullerene-Single-Walled Carbon Nanotube Composites (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Umeyama, N.Tezuka, S.Seki, Y.Matano, M.Nishi, K.Hirao, H.Lehtivuori, N.V.Ikachenko, H.Lemmetyinen, Y.Nakao, S.Sasaki, H.Imahori
  • 雑誌名: Advanced Materials 巻: 22 ページ: 1767-1770
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparison of Cluster Formation, Film Structure, Microwave Conductivity, and Photoelectrochemical Properties of Composites Consisting of Single-Walled Carbon Nanotubes with C-60, C-70, and C-84 (2010)
  • 著者名/発表者名: N.Tezuka, T.Umeyama, S.Seki, Y.Matano, M.Nishi, K.Hirao, H.Imahori
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry C 巻: 114 ページ: 3235-3247
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transmission properties of surface Plasmon Polaritons and localized resonance in semiconductor hole arrays (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Okada, S.Tsuji, K.Tanaka, K.Hirao, K.Tanaka
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 97 ページ: 261111(1-3)
  • 査読あり
• [学会発表] Manipulating functionalized 2PP structures on the BioPhotonics Workstation (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Matsuoka, M.Nishi, M.Sakakura, K.Hirao, D.Palima, S.Tauro, A.R.Banas, J.Gluckstad
  • 学会等名: Photonic West 2011
  • 発表場所: The Moscone Center, San Francisco, USA
  • 年月日: 2011-01-27
• [学会発表] Three-dimensional structuring inside transparent materials by a phasemodulated fs laser beam with a LCOS-SLM (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Sakakura, K.Miura, T.u Sawano, Y.Shimotsuma, K.Hirao
  • 学会等名: Photonic West 2011
  • 発表場所: The Moscone Center, San Francisco, USA(招待講演)
  • 年月日: 2011-01-26
• [学会発表] 光誘起反応によるガラス/多層膜接合体へのFe-Si結晶析出と制御 (2010)
  • 著者名/発表者名: 西村将和, 兼平真悟, 坂倉政明, 下間靖彦, 三浦清貴, 平尾一之
  • 学会等名: 第51回ガラスおよびフォトニクス材料討論会
  • 発表場所: 東京大学 駒場リサーチキャンパス
  • 年月日: 2010-12-17
• [学会発表] レーザーによるガラス内部の元素移動制御 (2010)
  • 著者名/発表者名: 清水雅弘, 保田直美, 坂倉政明, 兼平真悟, 西正之, 下間靖彦, 三浦清貴, 平尾一之
  • 学会等名: 第51回ガラスおよびフォトニクス材料討論会
  • 発表場所: 東京大学 駒場リサーチキャンパス
  • 年月日: 2010-12-17
• [学会発表] 液晶空間光変調器LCOS-SLMと超短パルスレーザーを用いたガラス内部への高効率三次元加工 (2010)
  • 著者名/発表者名: 坂倉政明, 澤野勉, 下間靖彦, 三浦清貴, 平尾一之
  • 学会等名: 第51回ガラスおよびフォトニクス材料討論会
  • 発表場所: 東京大学 駒場リサーチキャンパス
  • 年月日: 2010-12-17
• [学会発表] Formation of Silicon and Silicon-based Semiconductor Materials via Photoinduced Reaction Using Femtosecond Laser (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Nishimura, S.Kanehira, M.Sakakura, Y.Shimotsuma, K.Miura, K.Hirao
  • 学会等名: 2010 MRS Fall Meeting
  • 発表場所: Boston, Massachusetts USA
  • 年月日: 2010-11-30
• [学会発表] Defect Doping and Characterization in Oxide Single Crystals Using Femtosecond Laser (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Kanehira, C.Moon, K.Miura, E.Tochigi, N.Shibata, Y.Ikuhara, K.Hirao
  • 学会等名: 2010 MRS Fall Meeting
  • 発表場所: Boston, Massachusetts, USA
  • 年月日: 2010-11-30
• [学会発表] Preparation of Nd_2Fe_14B nanoparticles under femtosecond laser ablation in liquid (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Yamamoto, Y.Shimotsuma, M.Sakakura, M.Nishi, K.Miura, K.Hirao, M Sagawa
  • 学会等名: ICC3
  • 発表場所: 大阪国際会議場
  • 年月日: 2010-11-18
• [学会発表] Photonic Materials (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Hirao
  • 学会等名: ICC3
  • 発表場所: 大阪国際会議場(招待講演)
  • 年月日: 2010-11-17
• [学会発表] Selective Growth and SERS Property of Gold Nanoparticles on Amorphized Silicon Surface (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Matsuoka, M.Nishi, M.Sakakura, Y.Shimotsuma, K.Miura, K.Hirao
  • 学会等名: ICC3
  • 発表場所: 大阪国際会議場
  • 年月日: 2010-11-16
• [学会発表] Sol-Gel synthesis of Au-nanoparticle dispersed bicontinuous macroporous siloxane gel (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Hamada, M.Nishi, Y.Shimotsuma, K.Miura, K.Hirao
  • 学会等名: ICC3
  • 発表場所: 大阪国際会議場
  • 年月日: 2010-11-15
• [学会発表] Fundamental studies of heat modification inside glasses by repeated irradiation with ultrashort laser pulses (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Sakakura, M.Shimizu, Y.Shimotsuma, K.Miura, K.Hirao
  • 学会等名: FLAMN-10
  • 発表場所: St.Petersburg-Pushkin, Russia(招待講演)
  • 年月日: 2010-07-06
• [図書] セラミック機能化ハンドブック (2010)
  • 著者名/発表者名: 三浦清貴、下間靖彦、坂倉政明、平尾一之
  • 総ページ数: 120-150
  • 出版者: (株)エヌ・ティー・エス