ナノ秒技術とナノテクの融合による無機材料配向焼結手法の開発

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24246108
• 研究機関: 長岡技術科学大学
• 研究代表者: 中山 忠親 長岡技術科学大学, 工学部, 准教授 (10324849)
• 研究分担者: 末松 久幸 長岡技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30222045) ; 関野 徹 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (20226658) ; 安田 公一 東京工業大学, 理工学研究科, 准教授 (20191306) ; 和田 匡史 一般財団法人ファインセラミックスセンター, その他部局等, 研究員 (30426506) ; 床井 良徳 長岡工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (80572742)
• 研究期間 (年度): 2012-10-31 – 2015-03-31
• キーワード: 無機材料科学 / ナノ秒パルス / 配向制御 / セラミックスプロセッシング

研究概要

前年度までに開発されたナノ秒パルス電源を用い、スラリー状のセラミックス粒子の超高電場中成型プロセスと、超高電場を印加しながら加熱する事の出来るプロセスの2つの高電圧印加プロセスを開発することに成功した。このプロセスを用いることで、BN、カーボンナノシート、カーボンナノチューブ、バリウムフェライト、チタニアナノチューブなど様々なセラミックスフィラーを配向成型させることに成功した。更に、こうして得られた成型体を焼成することによって、焼結体の合成にも成功した。
得られた材料の微細構造を制御するために、FIBによる微細加工とその場でのSEM観察手法による粒子の配向性の解析手法を用い、様々なセラミックス配向体の配向構造を観察することに成功した。また、従来から取り組んできたX線回折法による結晶方位解析と、超高分解能X線CTスキャン法を組み合わせることで、結晶方位とナノレベルの微細構造の双方が配向されていることを確認した。当該手法を用いることによって、単なる配向制御の確認だけで無く、異常粒成長や分散の不均一によって生じた粗大粒子の三次元での空間分布や、ポアなどの欠陥の三次元分布を解析することにも成功しており、これらを総合的に統合することで、これまでにない三次元的な材料構造の解析手法を確立することにも成功している。
このように、ナノ秒技術とナノテクを融合させることにより、新規なセラミックスプロセスの提案とその実証に成功し、それを裏付けるための構造解析技術の深化が成し遂げられた。

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

すでに、BN、カーボンナノチューブ、グラフェン、グラファイトナノシート、TiO2ナノチューブ、バリウムフェライトなど多くの材料系においてナノ秒パルス電場を用いた粒子配向制御手法が確立している。更に、これらの材料の焼結体の合成に成功しており、その結晶方位解析の結果から、焼結後においても焼結前の配向制御を引きついで結晶配向制御が可能であることを見いだしている。これらの成果は当初予定していたとおりのものであるといえる。

今後の研究の推進方策

これまでに多くのセラミックス材料系において焼結体の配向制御手法としての本手法の優位性を明らかとしてきた。しかしながらそれら材料の特性評価や、新たな構造を有するセラミックスとしての特異的に発現する特性の発見にまでは至っていない。従って、今後はこれら特徴ある構造を有するセラミックスの内部構造に起因した新規物性面の探索も同時に行っていきたい。ここで、電気物性、磁気特性に関してはすでに既設で研究を遂行可能であるが、遠赤外線領域の分光手法などについては、設備面が整っていないことから、他研究機関などとの連携を視野に入れて行う。

研究成果

• [雑誌論文] Three-dimensional structural control and analysis of hexagonal boron nitride nanosheets assembly in nanocomposite films induced by electric field concentration (2014)
  • 著者名/発表者名: Fujihara, T., Cho, H.-B. , Kanno, M., Nakayama, T. , Suzuki, T., Jiang, W., Suematsu, H., Niihara, K.
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 53 ページ: 02BD12
  • DOI: 10.7567/JJAP.53.02BD12
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Synthesis of BN nanosheet/nanotube-Fe nanocomposites by pulsed wire discharge and high-temperature annealing (2014)
  • 著者名/発表者名: He, L.F. , Shirahata, J., Suematsu, H., Nakayama, T. , Suzuki, T., Jiang, W., Niihara, K.
  • 雑誌名: Materials Letters 巻: 117 ページ: 120-123
  • DOI: 10.1016/j.matlet.2013.12.008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of CxSr2Ca2Cu3Oz superconductor from Sr2Ca2Cu3Oy precursor (2014)
  • 著者名/発表者名: Aoba, T., Suzuki, T., Nakayama, T., Suematsu, H., Niihara, K.
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 53 ページ: 02BC06
  • DOI: 10.7567/JJAP.53.02BC06
  • 査読あり
• [雑誌論文] Densely packed linear assembles of carbon nanotube bundles in polysiloxane-based nanocomposite films (2013)
  • 著者名/発表者名: Cho, H.-B., Huynh, M.T.T., Nakayama, T., Nguyen, S.T., Suematsu, H., Suzuki, T., Jiang, W., Tanaka, S., Tokoi, Y., Lee, S.W., Sekino, T., Niihara, K.
  • 雑誌名: Journal of Nanomaterials 巻: 2013 ページ: 564307 1-6
  • DOI: 10.1155/2013/564307
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation of copper nanoparticles by pulsed wire discharge in water (2013)
  • 著者名/発表者名: Tokoi, Y., Nagasawa, S., Suematsu, H., Cho, H.-B., Nakayama, T., Niihara, K.
  • 雑誌名: Materials Science Forum 巻: 761 ページ: 121-124
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.761.121
  • 査読あり
• [雑誌論文] Linear assembly of oxidized surface treated nanodiamonds in polymer-based nanohybrids by electric field inducement (2013)
  • 著者名/発表者名: Nguyen, S.T., Cho, H.-B., Nakayama, T., Huynh, M.T.T., Suematsu, H., Suzuki, T., Jiang, W., Tanaka, S., Tokoi, Y., Niihara, K.
  • 雑誌名: Materials Science Forum 巻: 761 ページ: 107-111
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.761.107
  • 査読あり
• [雑誌論文] Controlling oxygen content by varying oxygen partial pressure in chromium oxynitride thin films prepared by pulsed laser deposition (2013)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, K., Endo, T., Fukushima, T., Sato, A., Suzuki, T., Nakayama, T., Suematsu, H., Niihara, K.
  • 雑誌名: Materials Transactions 巻: 33 ページ: 225-233
  • DOI: 10.2320/matertrans.MAW201310
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oxidation of nanodiamonds and modulation of their assembly in polymer-based nanohybrids by field-inducement (2013)
  • 著者名/発表者名: Cho, H.-B., Nguyen, S.T., Nakayama, T., Huynh, M.T.T., Suematsu, H., Suzuki, T., Jiang, W., Rozali, S.B., Tokoi, Y., Park, Y.-H., Niihara, K.
  • 雑誌名: Journal of Materials Science 巻: 48 ページ: 4151-4162
  • DOI: 10.1007/s10853-013-7228-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermal anisotropy of epoxy resin-based nano-hybrid films containing BN nanosheets under a rotating superconducting magnetic field (2013)
  • 著者名/発表者名: Cho, H.-B., Mitsuhashi, M., Nakayama, T., Tanaka, S., Suzuki, T., Suematsu, H., Jiang, W., Tokoi, Y., Lee, S.W., Park, Y.-H., Niihara, K.
  • 雑誌名: Materials Chemistry and Physics 巻: 139 ページ: 355-359
  • DOI: 10.1007/s10853-013-7228-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Particle size determining equation in metallic nanopowder preparation by pulsed wire discharge (2013)
  • 著者名/発表者名: Tokoi, Y., Cho, H.-B., Suzuki, T., Nakayama, T., Suematsu, H., Niihara, K.
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 52 ページ: 55001
  • DOI: 10.7567/JJAP.52.055001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Control of oxygen content with oxygen gas introduction in Cr(N,O) thin films prepared by pulsed laser deposition (2013)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, K., Endo, T., Fukushima, T., Sato, A., Suzuki, T., Nakayama, T., Suematsu, H., Niihara, K.
  • 雑誌名: Ceramic Engineering and Science Proceedings 巻: 33 ページ: 225-233
  • 査読あり
• [雑誌論文] Controlled linear assemblies of graphite flakes anchoring polysiloxane-based nanocomposite films and enhancement of thermal properties (2013)
  • 著者名/発表者名: Cho, H.-B., Yanahara, S., Nakayama, T., Suematsu, H., Suzuki, T., Jiang, W., Tanaka, S., Tokoi, Y., Park, Y.-H., Kim, B.S., Lee, S.W., Niihara, K.
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 52 ページ: 28005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Selective hydrogenation of 4-isobutylacetophenone over a sodium-promoted Pd/C catalyst (2013)
  • 著者名/発表者名: Cho, H.-B., Lee, B.U., Ryu, C.-H., Nakayama, T., Park, Y.-H.
  • 雑誌名: Korean Journal of Chemical Engineering 巻: 30 ページ: 306-313
  • DOI: 10.7567/JJAP.52.028005
  • 査読あり
• [学会発表] Developing Yttria-based Ceramics Having High Liquid Metal Corrosion Resistance (2013)
  • 著者名/発表者名: Son Thanh Nguyen , Tadachika Nakayama, Shaifulazuar Bin Rozali, Hisayuki Suematsu, Tsuneo Suzuki, Weihua Jiang, Satoshi Amarume, Lingfeng He, Koichi Niihara
  • 学会等名: Materials Science & Technology 2013(MS&T’13)
  • 発表場所: Palais des congrès, Canada
  • 年月日: 20131027-20131031
• [学会発表] グラファイトナノシート(GNs)-Fe2O3複合体の作製と構造解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: Huynh Diep Phuoc, Huynh Tan Minh Triet, Hong Baek Cho, 中山忠親、末松久幸、鈴木常生、江 偉華、新原皓一
  • 学会等名: 平成25年度日本セラミックス協会東北北海道支部研究発表会
  • 発表場所: 長岡グランドホテル
  • 年月日: 20131024-20131025
• [学会発表] (K0.5Na0.5) NbO3強誘電体の作製と評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 石澤 諒、中山忠親、鈴木常生、末松久幸、新原皓一
  • 学会等名: 平成25年度日本セラミックス協会東北北海道支部研究発表会
  • 発表場所: 長岡グランドホテル
  • 年月日: 20131024-20131025
• [学会発表] パルス電圧を用いた強誘電体の分極処理 (2013)
  • 著者名/発表者名: 坂下 翼、中山忠親、鈴木常生、末松久幸、新原皓一
  • 学会等名: 平成25年度日本セラミックス協会東北北海道支部研究発表会
  • 発表場所: 長岡グランドホテル
  • 年月日: 20131024-20131025
• [学会発表] 3Dリソグラフを用いたセラミックマイクロ構造体の作製 (2013)
  • 著者名/発表者名: 秋山裕幸、中山忠親、高橋 勉、山田 昇、吉武裕美子
  • 学会等名: 平成25年度日本セラミックス協会東北北海道支部研究発表会
  • 発表場所: 長岡グランドホテル
  • 年月日: 20131024-20131025
• [学会発表] 有機-無機ハイブリッドにｐける六方晶窒化ホウ素の構造制御および３次元構造解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 51) 藤原健志、管野成修、趙 洪栢、中山忠親、鈴木常生、末松久幸、新原皓一
  • 学会等名: 平成25年度日本セラミックス協会東北北海道支部研究発表会
  • 発表場所: 長岡グランドホテル
  • 年月日: 20131024-20131025
• [学会発表] Densely-Packed Linear Assebles of BN Nanosheets in Polymeric Nanocomposites (2013)
  • 著者名/発表者名: Hong Baek Cho , Tadachika Nakayama, Hisayuki Suematsu, Tsuneo Suzuki, Weihua Jiang and Koichi Niihara
  • 学会等名: The 5th Asia-Oceania Ceramic Federation (AOCF) Conference
  • 発表場所: International Conent Center, Korea
  • 年月日: 20131016-20131019
• [学会発表] Fabrication and Evaluation of Cup-Stacked Carbon Nanotubes/Polymer Nanocomposite as Film-Type electrode sensor with Micro Thickness (2013)
  • 著者名/発表者名: Minh Triet Tan Huynh and Tadachika Nakayama
  • 学会等名: The 4th International Workshop on Nanotechnology and Application – IWNA2013
  • 発表場所: Rex Hotel, Vung Tau, Vietnam
  • 年月日: 20131010-20131013
• [図書] 粉体工学ハンドブック (2014)
  • 著者名/発表者名: 中山 忠親
  • 総ページ数: 776
  • 出版者: 朝倉書店
• [図書] コンポジット材料の混練・コンパウンド技術と分散・界面制御 (2013)
  • 著者名/発表者名: 中山 忠親
  • 総ページ数: 924
  • 出版者: 技術情報協会