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2015 年度 実績報告書

新しい化学種としての複合ナノ粒子の反応性と時間発展構造

研究課題

研究課題/領域番号 25246013
研究機関国立研究開発法人物質・材料研究機構

研究代表者

名嘉 節  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料拠点・微粒子工学グループ, 主席研究員 (30344089)

研究分担者 田口 実  中央大学, 理工学部, 助教 (00455859)
橋新 剛  熊本大学, 自然科学研究科, 准教授 (20336184)
上床 美也  東京大学, 物性研究所, 教授 (40213524)
高見 誠一  東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (40311550)
中根 茂行  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料拠点・微粒子工学グループ, 主任研究員 (40354302)
冨樫 貴成  山形大学, 理学部, 助教 (80510122)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2017-03-31
キーワード海底熱水噴出孔 / 超臨界水熱場 / ナノ結晶 / 表面修飾 / 衝突反応
研究実績の概要

高温・高圧の環境下の水(熱水)中で有機物が共存する条件での結晶成長は、有機物の存在しない場合では実現しないことが生じる。有機物存在下では、表出する結晶面がコントロールできることや非常に複雑な形状の微細構造を形成することが明らかとなってきた。水の性質が大きく変化する臨界点(22メガパスカル、摂氏374度)付近の水は、常温常圧では溶けない油脂なども溶けるため、金属酸化物などが結晶成長する際に成長する結晶表面は有機物が作用するために、結晶成長が変調されるからである。本研究課題では、熱水中の微結晶の合成法を発展させて連続的な合成プロセスとして「海底熱水噴出孔」での結晶成長機構を応用した新しい熱水合成法を開発している。今年度の実績は以下のようである。1)昨年度に開発した海底熱水噴出孔型反応装置および積層膜合成機構を用いてシリコン基板上にセリアを成長させることに成功した。セリア微結晶の配向制御が可能であることを見出した。2)また、同反応装置においては長時間の反応実験が可能になり、熱水中で複雑な無機微細構造を作製することに成功した。3)表面修飾したナノ結晶を一次粒子としてバルク構造化することに成功した。4)超臨界水熱中で合成されたセリアナノ結晶が工業用プラスチックのリサイクルを可能にする高い触媒能を有することを見出した。5)超臨界中で合成されたコバルトブルーナノ結晶の参照系であるバルク結晶の磁気状態を明らかにし、同ナノ結晶の示す特異な物性の起源を明らかにした。

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

サブテーマである「海底熱水噴出孔型のナノ結晶合成装置を用いた熱水中反応の時間発展構造」に注力して研究を行い、順調に進展している。開発した反応装置の展開として新しく積層膜形成機構を導入して、微結晶の配向膜の作製に成功したことは、思いがけない収穫であった。また、当初は新しい「化学種」としての有機分子により表面修飾された金属酸化物ナノ結晶の合成にフォーカスしていたが、溶媒中での振舞いと構造化に関連した思いがけない発見があり、物理化学的な基礎研究と同時に知財化にも取り組むことになっている。

今後の研究の推進方策

最終年度である28年度の研究実施計画に大きな変更は無いが、上述したセレンディピティであるナノ-ミクロ構造を有する構造化への展開を図りつつ、表面修飾された金属酸化物ナノ結晶の基礎的な特性を明らかにする。また、参照系であるバルク系との比較により一次粒子の物性・構造の特異性を明らかにする。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 2件、 査読あり 4件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 2件) 図書 (1件)

  • [国際共同研究] アムステルダム大学(オランダ)

    • 国名
      オランダ
    • 外国機関名
      アムステルダム大学
  • [雑誌論文] Tuning surface grafting density of CeO2 nanocrystals with near- and supercritical solvent characteristics2016

    • 著者名/発表者名
      B. Giroire, C. Slostowski, S. Marre, C. Aymonier, T. Aida, D. Hojo, N. Aoki, S. Takami, T. Adschiri
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 18 ページ: 1727-1734

    • DOI

      10.1039/C5CP07034A

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Co-doping of Tin and Zinc into Indium Oxide Nanocrystals Using a Facile Hydrothermal Method2016

    • 著者名/発表者名
      J. Lu, K. Minami, S. Takami, M. Shibata, Y. Kaneko, T. Adschiri
    • 雑誌名

      ChemistrySelect

      巻: 1 ページ: 518-523

    • DOI

      dx.doi.org/10.1002/slct.201500025

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Influence of the crystal structure on the physical properties of monoclinic ZrO2 nanocrystals2015

    • 著者名/発表者名
      M. Taguchi, A. Matsushita, Y. Sakka, T. Uchikoshi, S. Takami, T. Funazukuri, T. Naka
    • 雑誌名

      Nano-Structures & Nano-Objects

      巻: 1 ページ: 1-6

    • DOI

      10.1016/j.nanoso.2015.03.001

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Multistage ordering and critical singularities in Co1-xZnxAl2O4 (0<x<1): Dilution and pressure effects in a magnetically frustrated system2015

    • 著者名/発表者名
      T. Naka, K. Sato, Y. Matsushita, N. Terada, S. Ishii, T. Nakane, M. Taguchi, M. Nakayama, S. Ohara, S. Takami, A. Matsushita
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 91/224412 ページ: 1-10

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.91.224412

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 水熱合成法によるTiO2粒子の合成とその直接噴霧型製膜技術の開発2016

    • 著者名/発表者名
      中根茂行, 河野健太, 細野真平, 田口実, 安川雪子,知京豊裕, 名嘉節
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京工業大学 大岡山キャンパス
    • 年月日
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [学会発表] CeO2ナノ触媒を利用したプラスチックのケミカルリサイクル2016

    • 著者名/発表者名
      田口実、石川由貴、片岡志帆、名嘉節、船造俊孝
    • 学会等名
      化学工学会第8回年会
    • 発表場所
      関西大学
    • 年月日
      2016-03-13 – 2016-03-15
  • [学会発表] スピネル型CoAl2O4系の置換および圧力効果2015

    • 著者名/発表者名
      名嘉節, 佐藤康一, 寺田典樹, 石井聡, 高見誠一, 田口実, 中根茂行, 中山美奈子 松下能孝, 松下明行
    • 学会等名
      日本物理学会2015年秋季大会
    • 発表場所
      関西大学
    • 年月日
      2015-09-16 – 2015-09-19
  • [学会発表] 水熱反応を利用した単相単斜晶ZrO2ナノ粒子合成と物性評価2015

    • 著者名/発表者名
      田口実、船造俊孝、名嘉節
    • 学会等名
      日本セラミックス協会第28回秋季シンポジウム
    • 発表場所
      :富山大学(五福キャンパス)
    • 年月日
      2015-09-16 – 2015-09-18
  • [学会発表] スピネル型酸化物CoAl2O4のZn添加による結晶構造変化と分光学的特徴2015

    • 著者名/発表者名
      中根茂行、石井聡、中山美奈子、田口実、知京豊裕、名嘉節
    • 学会等名
      第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場
    • 年月日
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [学会発表] Monocarboxylic acid-modified CeO2 nanoparticles synthesized under hydrothermal conditions using supercritical water2015

    • 著者名/発表者名
      M. Taguchi, T. Naka, T. Funazukuri
    • 学会等名
      17th Annual Conference YUCOMAT 2015
    • 発表場所
      Herceg Novi, Montenegro
    • 年月日
      2015-08-31 – 2015-09-04
    • 国際学会
  • [学会発表] 強磁性体(Ti,Co)O2のグリーンケミカルな成膜技術の開発2015

    • 著者名/発表者名
      河野健太, 細野真平, 名嘉節, 安川雪子, 中根茂行
    • 学会等名
      電気学会 第6回学生研究発表会
    • 発表場所
      早稲田大学 西早稲田キャンパス
    • 年月日
      2015-08-31 – 2015-08-31
  • [学会発表] Field induced phenomena in magnetically frustrated systems Co1-xMxAl2O4 (M = Mg, Zn)2015

    • 著者名/発表者名
      Takashi Naka, Koichi Sato, Satoshi Ishii, Takayuki Nakane, Noriki Terada, Minori Taguchi, Minako Nakayama, Yoshitaka Matsushita, Akiyuki Matsushita, and Seiichi Takami
    • 学会等名
      International Conference on Magnetism (ICM2015)
    • 発表場所
      Palau de Congressos de Catalunya, Barcelona, Spain
    • 年月日
      2015-07-05 – 2015-07-10
    • 国際学会
  • [図書] ナノ粒子の表面修飾と分析評価技術2016

    • 著者名/発表者名
      蟹江 澄志, 山田 保治, 鈴木 昇, 田口実 他
    • 総ページ数
      425
    • 出版者
      情報機構

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公開日: 2017-01-06  

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