マイクロ波照射下選択加熱によるクロミック材料の創製と多重クロミズム制御

2023 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 22K04683
• 研究機関: 福井大学
• 研究代表者: 浅野 貴行 福井大学, 学術研究院工学系部門, 教授 (00301333)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• キーワード: モリブデン酸銅 / マイクロ波 / クロミズム

研究実績の概要

モリブデン酸銅（CuMoO4）は，外部からの何らかの刺激によって色が可逆的に変化するクロミズムの機能を有する磁性材料である。しかし，このクロミズムの起源である構造相転移に伴う巨大な体積変化により，材料内に不均一な粒径分布が生成されるため，クロミック材料の機能に多大な悪影響を及ぼしていることが明らかとなった。
本研究では，マイクロ波照射の特徴である選択加熱を最大限に活用し，均一粒径を有するクロミック材料の創製を目的としている。
本年度は，昨年度設備備品として整備した2.45GHzシングルモード加熱装置を用いて，CuMoO4の出発物質である酸化銅（CuO）と酸化モリブデン（MoO3）に対してマイクロ波照射を実施した。その結果，CuOは，2.45GHzシングルモードアプリケーター内の電場及び磁場最大の両位置において，試料温度が容易に上昇をした。この現象は，CuOが誘電性と磁性の両性質を有しているためである。それに対してMoO3では，電場最大の位置でのみ温度上昇を確認した。その原因として，MoO3のMo6+が閉殻構造であるため不対電子が存在せず，マイクロ波の磁場に対して応答しなかったことが考えられる。そこで，これら出発物質の誘電性と磁性の相違点を有効に利用するため，磁場最大の位置における選択加熱を実施した。使用した出発物質のCuOとMoO3は，遊星型ボールミル粉砕機を用いて数ミクロンまで粉砕した。粉砕前と粉砕後の二種類の出発物質に対して，マイクロ波照射による固相反応を実施した結果，粉末試料の合成に成功し，また，磁気的性質から，明らかに粒径が違いに起因する磁気的異常が観測された。

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

初年度に整備した2.45GHzシングルモード加熱装置は，順調に稼働している。本研究において注目しているクロミック材料のモリブデン酸（CuMoO4）は，これまで電気炉等の外部加熱を用いた固相反応により粉末試料を合成していた。しかし，本研究において，初めてマイクロ波照射による自己発熱（内部加熱）を利用して粉末試料の合成に成功した。また，出発物質の誘電性と磁性を考慮したマイクロ波選択加熱を活用することにより，粒径を制御したCuMoO4の合成，さらに磁気的性質の制御へと展開する可能性を示唆する実験結果が観測されている。

今後の研究の推進方策

2.45GHzシングルモードマイクロ波加熱装置を用いて，アプリケータ内の電場及び磁場最大位置における誘電性と磁性を考慮した選択加熱による試料合成が実施できることが明らかとなった。そこで，ミクロスケールにおいてマイクロ波の選択加熱に起因する巨大な温度勾配（温度差），即ち，高温のCuOから低温のMoO3への非平衡状態下での固相拡散を利用した粒径制御を実証するため，粒径の異なる多数個の出発物質を準備し，粉末試料の合成を実施する。その結果，マイクロ波における選択加熱機構の解明し，さらに，微視的及び巨視的な実験手段を駆使して新奇多重クロミズム物性の実験的解明を試みる。

次年度使用額が生じた理由

本年度は，昨年度整備した2.45GHzシングルモードマイクロ波加熱装置の調整に時間を要したため，2種類のみの試料合成を実施した。さらに，その試料の粒径制御と分析に時間を要したため，追加で出発物質である高純度試薬を購入する必要がなかった。来年度は，本年度確立した試料合成法と粒径制御，さらに分析法により多数の粒径の異なる試料を合成するため，高純度試料の購入を計画している。

研究成果

• [雑誌論文] マイクロ波を用いた廃棄物からの新しい資源循環 (2024)
  • 著者名/発表者名: 浅野貴行
  • 雑誌名: テクノふくい 巻: 109 ページ: 8-9
• [雑誌論文] ESR study of Ca2Cu(OH)4[B(OH)4]2, a Low-dimensional Antiferromagnet with S =1/2 (2023)
  • 著者名/発表者名: Kanata Hayashi, Yuya Ishikawa, Takayuki Asano, Hajime Yamamoto, Hiroyuki Kimura, Terutoshi Sakakura, Yukio Noda, Yutaka Fujii, and Seitaro Mitsudo
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc. Proc. 29th Int. Conf. Low Temperature Physics (LT29) 巻: 38 ページ: 011144-1-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multifrequency Electron Spin Resonance Using a High-Power Light Source Compact Gyrotron and Force-Detection System (2023)
  • 著者名/発表者名: Yuya Ishikawa, Hideyuki Takahashi, Akira Okutani, Kanata Hayashi, Tomonori Sano, Kouhei Hirozawa, Takero Ito, Shota Masuda, Eiji Ohmichi, Hitoshi Ohta, Yoshinori Tatematsu, Takayuki Asano, Hikomitsu Kikuchi, Yutaka Fujii, and Seitaro Mitsudo
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc. Proc. 29th Int. Conf. Low Temperature Physics (LT29) 巻: 38 ページ: 011192-1-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anisotropic Crystal Growth of Bi2Te3 Thin Film by Microwave Heating (2023)
  • 著者名/発表者名: Kohei Nakagawa, I Putu Abdi Karya, Takayuki Asano, Seitaro Mitsudo, Takafumi Komori, and Masayuki Takashiri
  • 雑誌名: Journal of the Japan Society of Electromagnetic Wave Energy Applications 巻: 7 ページ: 18-24
  • 査読あり
• [学会発表] マイクロ波減圧乾燥させたオリーブポマースのポリフェ ノール定量 (2024)
  • 著者名/発表者名: 2024年第71回応用物理学会春季学術講演会
  • 学会等名: 鶴尾 未来, 乾 雄登, Sulastri Yuyun, 仲川 晃平, 西海 豊彦, 浅野 貴行, 光藤 誠太郎
• [学会発表] マイクロ波加熱を用いたセルロースからの水素ガスと カーボンナノチューブの合成 (2024)
  • 著者名/発表者名: 仲川 晃平, Abdi Karya I Putu, Muhammad Al Jalali, 影山 陽大, 浅野 貴行, 西海 豊彦, 西村 文宏, 立松 芳典, 光藤 誠太郎
  • 学会等名: 2024年第71回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Microwave Roasting-Leaching Assisted Nickel Extraction from Indonesian Nickel Laterite Ore (2024)
  • 著者名/発表者名: MUHAMMAD ALJALALI, Kohei Nakagawa, I Putu Abdi Karya, Alsan Ndita, La Ode Muhammad Darusman, La Agusu, Fumihiro Nishimura, Toyohiko Nishiumi, Takyuki Asano, Hikomitsu Kikuchi, Seitaro Mitsudo
  • 学会等名: 2024年第71回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] One-step process of Microwave-assisted catalytic decomposition of various plastic waste into carbon nanotubes (CNTs) (2024)
  • 著者名/発表者名: I Putu Abdi Karya, Kohei Nakagawa, Yota Kageyama, Al Jalali Muhammad, Takayuki Asano, Fumihiro Nishimura, Toyohiko Nishiumi, Yoshinori Tatematsu, Seitaro Mitsudo
  • 学会等名: 2024年第71回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] ダブルディスク光駆動半導体スイッチを用いたPulsed-ESRのための高出力ミリ波のナノ秒パルス成形 (2024)
  • 著者名/発表者名: 光藤誠太郎, 高橋雅人, 片山大和, 西尾英通, 石川裕也, 藤井裕, 菊池彦光, 浅野貴行
  • 学会等名: 日本物理学会2024年春季大会
• [学会発表] Essential Oil Extraction from Houttuynia Cordata (Dokudami) by Microwave Method (2023)
  • 著者名/発表者名: Yuyun Sulastri, M. Tsuruo, Y. Inui, K. Nakagawa, T. Nishiumi, T. Asano, S. Mitsudo
  • 学会等名: 2023年度日本物理学会北陸支部定例学術講演会
• [学会発表] Characterization Indonesia Nickel Ore Using X-ray Analysis (2023)
  • 著者名/発表者名: Sulhajib, A J. Muhammad, I P. Abdi Karya, K. Nakagawa, A. Ndita, La Agusu, I. N. Sudiana, F. Nishimura, T. Nishiumi, T. Asano, H. Kikuchi and S. Mitsudo
  • 学会等名: 2023年度日本物理学会北陸支部定例学術講演会
• [学会発表] シングルモードマイクロ波加熱によるモリブデン酸銅の結晶成長 (2023)
  • 著者名/発表者名: 岩本拓馬, Sulhaji, Al Jalali Muhammad, 浅野貴行, 仲川晃平, 光藤誠太郎, 西海豊彦, 鳴海康雄, 萩原政幸
  • 学会等名: 2023年度日本物理学会北陸支部定例学術講演会
• [学会発表] ベクトルネットワークアナライザを用いたミリ波帯における誘電率測定 (2023)
  • 著者名/発表者名: 照井大和, 林哉汰, 光藤誠太郎, 浅野貴行, 藤井裕, 古屋岳
  • 学会等名: 2023年度日本物理学会北陸支部定例学術講演会
• [学会発表] マイクロ波減圧乾燥条件が及ぼす摘果果実の抗酸化力への影響 (2023)
  • 著者名/発表者名: 乾雄登, 鶴尾未来, Yuyun Sulastri, 仲川晃平, I P. Abdi Karya, Al Jalali Muhammad, 浅野貴行, 西海豊彦, 光藤 誠太郎
  • 学会等名: 2023年度日本物理学会北陸支部定例学術講演会
• [学会発表] 低次元磁性体を対象とした極低温・高周波磁気共鳴装置の開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 石川裕也, 林哉汰, 高橋英幸, 山本孟, 福田昭, 古谷峻介, 廣澤康平, 伊藤丈朗, 光藤誠太郎, 浅野貴行, 菊池彦光, 立松芳典, Sergey Vasiliev, 大道英二, 太田仁, 藤井裕
  • 学会等名: 第33回日本MRS-J年次大会
• [学会発表] マイクロ波減圧乾燥条件が及ぼすオリーブポマースの抗酸化力への影響 (2023)
  • 著者名/発表者名: 鶴尾未来，乾雄登，Yuyun Sulastri，仲川晃平，西海豊彦，浅野貴行，光藤誠太郎
  • 学会等名: 日本赤外線学会第32回研究発表会
• [学会発表] マイクロ波照射によるプラスチック分解のための金属触媒の検討 (2023)
  • 著者名/発表者名: 影山 陽大, I P. Abdi Karya, 仲川 晃平, 西海 豊彦, 浅野 貴行, 光藤 誠太郎
  • 学会等名: 日本赤外線学会第32回研究発表会
• [学会発表] Production of Carbon Nanotubes (CNTs) and Hydrogen (H2) From Various Plastic Waste Materials Via 2.45 GHz Multi-mode Microwave Irradiation (2023)
  • 著者名/発表者名: I P. Abdi Karya, K. Nakagawa, Y. Kageyama, Al Jalali Muhammad, T. Asano, F. Nishimura, T. Nishiumi, I N. Sudiana, Y. Tatematsu, and S. Mitsudo
  • 学会等名: 日本赤外線学会第32回研究発表会
• [学会発表] Nickel Extraction from Indonesian Nickel Lateritic Ore by Microwave Roasting-leaching Method (2023)
  • 著者名/発表者名: Al J. Muhammad, I P. Abdi Karya, K. Nakagawa, L. M. Darusman, A. Ndita, Sulhajib, La Agusu, I N. Sudiana, F. Nishimura, T. Nishiumi, T. Asano, H. Kikuchi, S. Mitsudo
  • 学会等名: 日本赤外線学会第32回研究発表会
• [学会発表] 2層Si板による反射防止構造を用いたミリ波短パルス成形装置の検討 (2023)
  • 著者名/発表者名: 高橋雅人, 片山大和, 西尾英通, 石川裕也, 藤井裕, 菊池彦光, 浅野貴行, 光藤誠太郎
  • 学会等名: 日本赤外線学会第32回研究発表会
• [学会発表] 二本足梯子格子Ca2Cu(OH)4[B(OH)4]2におけるESR局在モードの観測の可能性 (2023)
  • 著者名/発表者名: 林哉汰, 倉知豊, 石川裕也, 古谷峻介, 浅野貴行, 光藤誠太郎, 菊池彦光, 山本孟, 高橋英幸, 大道英二, 大久保晋, 太田仁, 藤井裕
  • 学会等名: 日本赤外線学会第32回研究発表会
• [学会発表] Pulsed-ESR装置のための高出力ミリ波用ダブルディスク光駆動半導体スイッチの開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 光藤誠太郎, 高橋雅人, 片山大和, 西尾英道, 石川裕也, 藤井裕, 菊池彦光, 浅野貴行
  • 学会等名: 第62回電子スピンサイエンス学会年会（SEST2023）
• [学会発表] マイクロ波減圧乾燥条件が及ぼす農産物の抗酸化力への影響 (2023)
  • 著者名/発表者名: 鶴尾 未来，乾 雄登，Yuyun Sulastri，仲川 晃平，西海 豊彦，浅野 貴行，光藤 誠太郎
  • 学会等名: 第17回日本電磁波エネルギー応用学会シンポジウム
• [学会発表] Microwave-assisted Catalytic Decomposition of Various Plastic Waste Materials for CNTs and Hydrogen Production (2023)
  • 著者名/発表者名: I Putu Abdi Karya, Kohei Nakagawa, Yota Kageyama, Al Jalali Muhammad, Takayuki Asano, Fumihiro Nishimura, Toyohiko Nishiumi, Yoshinori Tatematsu and Seitaro Mitsudo
  • 学会等名: 第17回日本電磁波エネルギー応用学会シンポジウム
• [学会発表] プラスチック分解のためのマイクロ波活性触媒の検討 (2023)
  • 著者名/発表者名: 影山陽大，I.P.Abdi Kary，仲川晃平，西海豊彦，浅野貴行，光藤誠太郎
  • 学会等名: 第17回日本電磁波エネルギー応用学会シンポジウム
• [学会発表] シングルモードマイクロ波加熱装置によるBi2Te3 薄膜の熱処理 (2023)
  • 著者名/発表者名: 仲川晃平，岩本 拓馬，I Putu Abdi Karya，浅野 貴行，小森 貴文，高尻 雅之
  • 学会等名: 第17回日本電磁波エネルギー応用学会シンポジウム
• [学会発表] Rapid Synthesis of BaTiO3 Assisted by Microwave Irradiation (2023)
  • 著者名/発表者名: Al J. Muhammad, I P. Abdi Karya, L. M. Darusman, K. Nakagawa, La Agusu, F. Nishimura, T. Nishiumi, T. Asano, H. Kikuchi, S. Mitsudo
  • 学会等名: 第17回日本電磁波エネルギー応用学会シンポジウム
• [学会発表] Magnetic Properties of Sustainable Chromic Material CuMoO4 (2023)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Asano1, Takuma Iwamoto, Al Jalali Muhammad, I Putu Abdi Karya, Kohei Nakagawa, Toyohiko Nishiumi, Seitaro Mitsudo, Yasuo Narumi, and Masayuki Hagiwara
  • 学会等名: International Conference on Sustainable Development of Coastal Area Resources Based on Local Wisdom
  • 国際学会
• [学会発表] Biomass Waste into Hydrogen and CNTs for Sustainable Renewable Energy by Microwave Irradiation (2023)
  • 著者名/発表者名: Kohei Nakagawa, I Putu Abdi Karya, Al Jalali Muhammad, Yota Kageyama, Takayuki Asano, Toyohiko Nishiumi, Fumihiro Nishimura, Yoshinori Tatematsu, Seitaro Mitsudo
  • 学会等名: International Conference on Sustainable Development of Coastal Area Resources Based on Local Wisdom
  • 国際学会
• [学会発表] Roasting-Leaching Assisted Microwave Irradiation for Nickel Extraction (2023)
  • 著者名/発表者名: Al Jalali Muhammad, Kohei Nakagawa, I Putu Abdi Karya, Aslan Ndita, Sulhajib, La Ode Muhammad Darusman, I Nyoman Sudiana, L. Agusu, Fumihiro Nishimura, Toyohiku Nishiumi, Takayuki Asano, Hikomitsu Kikuchi, Seitaro Mitsudo
  • 学会等名: International Conference on Sustainable Development of Coastal Area Resources Based on Local Wisdom
  • 国際学会
• [学会発表] Characterization of cypress essential oil extracted by eco-friendly microwave vacuum distillation method (2023)
  • 著者名/発表者名: Miku Tsuruo, Kohei Nakagawa, Yuyun Sulastri, Yuto Inui, Yasuo Hasegawa, I Putu Abdi Karya, Takayuki Asano, Toyohiko Nishiumi, Seitaro Mitsudo
  • 学会等名: International Conference on Sustainable Development of Coastal Area Resources Based on Local Wisdom
  • 国際学会
• [学会発表] Plastic Waste into Hydrogen and CNTs for Sustainable Renewable Energy by Microwave Irradiation (2023)
  • 著者名/発表者名: I Putu Abdi Karya, Kohei Nakagawa, Yuto Kageyama, Al Jalali Muhammad, Takayuki Asano, Fumihiro Nishimura, Toyohiko Nishiumi, Yoshinori Tatematsu and Seitaro Mitsudo
  • 学会等名: International Conference on Sustainable Development of Coastal Area Resources Based on Local Wisdom
  • 国際学会
• [学会発表] Development of cryogenic and high-frequency magnetic resonance apparatus (2023)
  • 著者名/発表者名: Yuya Ishikawa, Kanata Hayashi, Hideyuki Takahashi Akira Fukuda, Kohei Hirozawa, Takero Ito, Seitaro Mitsudo, Takayuki Asano, Hikomitsu Kikuchi, Yoshinori Tatematsu, Sergey Vasiliev, Eiji Ohmichi, Hitoshi Ohta, Yutaka Fujii
  • 学会等名: International Conference on Sustainable Development of Coastal Area Resources Based on Local Wisdom
  • 国際学会
• [学会発表] マイクロ波照射によるセルロースからの水素ガスの生成と単層カーボンナノチューブの創成 (2023)
  • 著者名/発表者名: 仲川 晃平，Abdi Karya I Putu，Muhammad Al Jalali，影山 陽大，浅野 貴行，西海 豊彦，西村 文宏，立松 芳典，光藤 誠太郎
  • 学会等名: 第84回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] クロミック材料CuMoO4のマイクロ波合成と粒径制御 (2023)
  • 著者名/発表者名: 浅野 貴行，岩本 拓馬，Muhammad Al Jalali，Abdi Karya I Putu，仲川 晃平，西海 豊彦，光藤 誠太郎，鳴海 康雄，萩原 政幸
  • 学会等名: 第84回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] マイクロ波減圧蒸留法により抽出した福井県産ヒノキオイルの成分評価 (2023)
  • 著者名/発表者名: 鶴尾 未来，仲川 晃平，Sulastri Yuyun，乾 雄登，長谷川 安男，Abdi Karya I.P.，浅野 貴行，西海 豊彦，光藤 誠太郎
  • 学会等名: 第84回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] Microwave Assisted Leaching Nickel from Indonesian Nickel Lateritic (2023)
  • 著者名/発表者名: MUHAMMAD ALJALALI, I PUTU ABDI KARYA, LA ODE MUHAMMAD DARUSMAN, SULHAJIB, KOHEI NAKAGAWA, ASLAN NDITA, I NYOMAN SUDIANA, LA AGUSU, FUMIHIRO NISHIMURA, TOYOHIKO NISHIUMI, TAKAYUKI ASANO, HIKOMITSU KIKUCHI, SEITARO MITSUDO
  • 学会等名: 第84回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] Production of Carbon Nanotubes (CNTs) and Hydrogen (H2) From Various Plastic Waste Materials Via 2.45 GHz Multi-mode Microwave Irradiation (2023)
  • 著者名/発表者名: IPutu Abdi Karya, Kohei Nakagawa, Yota Kageyama, Al Jalali Muhammad, Takayuki Asano, Fumihiro Nishimura, Toyohiko Nishiumi, I Nyoman Sudiana, yoshinori Tatematsu, Seitaro Mitsudo
  • 学会等名: 第84回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] GGG基板の磁気熱量効果を用いたSQUID磁束計用冷凍機の開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 三川基, 鳴海康雄, 高阪勇輔, 浅野貴行, 仲川晃平, 光藤誠太郎, 萩原政幸
  • 学会等名: 第一回東西日本強磁場科学研究会（第十回西日本強磁場科学研究会）
• [学会発表] ジャイロトロンを用いた Pulsed-ESR 装置のための新しい光駆動半導体スイッチの特性評価 (2023)
  • 著者名/発表者名: 高橋雅人, 片山大和, 西尾英通, 石川裕也, 藤井裕, 菊池彦光, 浅野貴行, 光藤誠太郎
  • 学会等名: 第一回東西日本強磁場科学研究会（第十回西日本強磁場科学研究会）
• [学会発表] 一次元系反強磁性体 Ca2Cu(OH)4[B(OH)4]2 における ESR 局在モードの観測 (2023)
  • 著者名/発表者名: 林哉汰, 倉知豊, 石川裕也, 古谷峻介, 浅野貴行, 光藤誠太郎, 菊池彦光, 山本孟, 高橋英幸, 大道英二, 大久保晋, 太田仁, 藤井裕
  • 学会等名: 第一回東西日本強磁場科学研究会（第十回西日本強磁場科学研究会）
• [学会発表] 一次元系反強磁性体henmiliteにおけるESR局在モードの観測 (2023)
  • 著者名/発表者名: 林哉汰, 倉知豊, 石川裕也, 古谷峻介, 浅野貴行, 光藤誠太郎, 菊池彦光, 山本孟, 高橋英幸, 大道英二, 大久保晋, 太田仁, 藤井裕
  • 学会等名: 日本物理学会第78回年次大会
• [学会発表] ジャイロトロンを用いたパルスESR装置のための新しい光スイッチの特性評価 (2023)
  • 著者名/発表者名: 高橋雅人, 西尾英通, 石川裕也, 藤井裕, 菊池彦光, 浅野貴行, 光藤誠太郎
  • 学会等名: 日本物理学会第78回年次大会
• [学会発表] ESR and NMR studies of S = 1/2 low-dimensional antiferromagnet Ca2Cu(OH)4[B(OH)4]2 (2023)
  • 著者名/発表者名: Kanata Hayashi, Yutaka Kurachi, Yuya Ishikawa, Shunsuke C. Furuya, Takayuki Asano, Seitaro Mitsudo, Hikomitsu Kikuchi, Hajime Yamamoto, Hideyuki Takahashi, Eiji Ohmichi, Susumu Okubo, Hitoshi Ohta, Yutaka Fujii
  • 学会等名: International Society of Magnetic Resonance 2023 (ISMAR2023)
  • 国際学会
• [学会発表] Multi-frequency electron spin resonance apparatus using a high-power light source compact gyrotron (2023)
  • 著者名/発表者名: Yuya Ishikawa, Hideyuki Takahashi, Kohei Hirozawa, Yutaka Fujii, Eiji Ohmichi, Hitoshi Ohta, Seitaro Mitsudo, Takero Ito, Takayuki Asano
  • 学会等名: 41st Samahang Pisika ng Pilipinas (SPP) Physics Conference and Annual Meeting
  • 国際学会