サイズ・形状・粒子間距離を制御した磁気ナノ結晶多粒子系の機能特性

2012 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21241023
• 研究機関: 独立行政法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 名嘉 節 独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, 主席研究員 (30344089)
• 研究分担者: 中根 茂行 独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, 研究員 (40354302) ; 上床 美也 東京大学, 物性研究所, 教授 (40213524) ; 大沼 正人 独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, 研究員 (90354208) ; 北條 大介 東北大学, 学内共同利用施設等, 助教 (30511919) ; 間宮 広明 独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, 研究員 (30354351) ; 冨樫 貴成 山形大学, 理学部, 研究員 (80510122) ; 松下 明行 独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, その他 (30343859)
• 研究期間 (年度): 2009-04-01 – 2013-03-31
• キーワード: ナノ結晶 / 金属酸化物 / 超臨界水 / ハイブリッド材料

研究概要

超臨界水反応場中で有機物などの修飾分子を導入するin-situ表面修飾法を用いて、表出する結晶面やサイズをコントロールした酸化物磁気ナノ結晶を合成することができる。本研究課題では、このような粒子の合成技術・プロセスを発展させつつ、これまで良く調べられていない磁気ナノ結晶の1粒子の特性やサイズ・形状・粒子間距離を制御した多粒子系の特性を明らかにすることを目的としている。今年度の実績は以下のようである。①磁気ナノ結晶集合体の量産化をめざし、流通式超臨界水熱ナノ結晶合成法を用いて、ヒドロ桂皮酸修飾により表面修飾された粒径10から20ナノメートルのマグネタイトなどの結晶を合成することに成功した。表面修飾により水中でも凝集せず、粒径現象による磁化の減少がおさえられバルク体とほぼ同じ値を示すという優れた性質を有している。また、②同じ合成法を用い、粒径数ナノメートルのコバルトアルミ酸化物結晶の合成に成功した。このナノ結晶は、低温で自発的な磁性クラスターを形成すると同時に、複雑な磁気挙動をしめすことは、磁気ナノ結晶のサイズ効果が顕在化した例として特筆される。放射光を用いた精密な結晶構造解析により、合成したナノ結晶は磁気イオンが希釈されており、非磁性-磁性境界に位置している事も明らかにした。三元系のコバルトアルミ酸化物は２つの異なる金属サイトが存在し、イオン配置の自由度がある。この結晶学的な「自由度」、「サイズ効果」および「クラスター間相互作用」が相俟ってエキゾチックな磁気相が表れている可能性が示唆できる。③開発してきた高圧精密磁化測定装置を簡便に使用できるように制御システムを開発した。しかし、24年度の後半から顕在化したヘリウム供給の国際的な逼迫や価格の高騰を受けて、東大物性研の協力を得て液体ヘリウム使用量を極力抑えたシステムに移行することができた。

現在までの達成度 (区分)

理由

24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

24年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Reaction temperature variations on the crystallographic state of spinel cobalt aluminate (2013)
  • 著者名/発表者名: Minori Taguchi
  • 雑誌名: Dalton Transactions 巻: 42 ページ: 7167- 7176
  • DOI: 10.1039/c3dt32828g
  • 査読あり
• [雑誌論文] 超臨界水熱場におけるin-situ表面修飾法 (2012)
  • 著者名/発表者名: 田口 実
  • 雑誌名: MATERIALS INTEGRATION(マテリアルインテグレーション) 巻: 25 ページ: 3-10
  • 査読あり
• [雑誌論文] 超臨界水熱プロセスによるナノ粒子の合成とハイブリッド化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 阿尻雅文
  • 雑誌名: 高圧力の科学と技術 巻: 22 ページ: 89-96
  • 査読あり
• [雑誌論文] Valence States of Rare-Earth Ions and Band-Gaps in RBiBa2O6 (R = La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Eu, and Dy) Photocatalysts (2012)
  • 著者名/発表者名: Akiyuki Matsushita
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 51, 121802 ページ: 1-5
  • DOI: 10.1143/JJAP.51.121802
  • 査読あり
• [雑誌論文] Continuous hydrothermal synthesis of 3,4-dihydroxyhydrocinnamic acid-modified magnetite nanoparticles with stealth-functionality against immunological response (2012)
  • 著者名/発表者名: Takanari Togashi
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry 巻: 22 ページ: 9041-9045
  • DOI: 10.1039/C2JM30325F
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation of aqueous dispersible styrene maleic amide encapsulated CoAl2O4 nanocrystals using supercritical water flow type apparatus (2012)
  • 著者名/発表者名: Dinesh Rangappa
  • 雑誌名: Materials Research Innovations 巻: 16 ページ: 30-37
  • DOI: 10.1179/1433075X11Y.0000000017
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ferromagnetic quantum singularities and small pseudogap formation in Heusler type Fe2+xV1－xAl (2012)
  • 著者名/発表者名: Takashi Naka
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 85, 085130 ページ: 1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.85.085130
  • 査読あり
• [学会発表] 超臨界水熱合成法を利用したモノカルボン酸修飾CeO2 ナノ粒子の合成と評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 山本直美
  • 学会等名: 化学工学会第78回年会
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 20130317-20130319
• [学会発表] 不定比性スピネル型(Co,Al)3O4ナノ結晶の構造特性と自発的な磁気不均一性の発現 (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐藤康一
  • 学会等名: 第51回セラミックス基礎科学討論会
  • 発表場所: 仙台国際センター
  • 年月日: 20130109-20130110
• [学会発表] Co-Alスピネル酸化物ナノ結晶の化学組成と磁性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 佐藤康一
  • 学会等名: 第12回琉球大学物性研究会
  • 発表場所: 琉球大学
  • 年月日: 20121201-20121201
• [学会発表] セリアのサイズ効果と表面修飾による価数転移 (2012)
  • 著者名/発表者名: 名嘉節
  • 学会等名: セラミックス協会第25回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 20120919-20120921
  • 招待講演
• [学会発表] 超臨界水熱合成法を利用した表面修飾ZrO2 ナノ粒子の合成 (2012)
  • 著者名/発表者名: 田口実
  • 学会等名: 化学工学会第44回秋季大会
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 20120919-20120921
• [学会発表] Synthesis of Spinel CoAl2O4 using Hydrothermal Method (2012)
  • 著者名/発表者名: Minori Taguchi
  • 学会等名: The 6th International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics
  • 発表場所: メルパルク横浜
  • 年月日: 20120626-20120628
• [備考] http://www.nims.go.jp/fpe/research03.html