| 研究課題/領域番号 |
25289245
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
殷 しゅう 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (40271994)
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| 研究分担者 |
董 強 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (00643230)
佐藤 次雄 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (90091694)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | レアメタルフリー / 透明導電性材料 / 新規機能性 |
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| 研究実績の概要 |
透明導電膜は、高い可視光透明性と電導性を有すると同時に、熱線吸収材料としての応用もでき、Low-Eと呼ばれている熱効率の良い窓ガラス、熱線反射ガラス、電磁気シールドガラス等として応用でき、これまで、ITO膜が主に用いられている。ITOには、希少金属のInが利用されており、今後予想される継続的な需要の急拡大に対応する安定的供給が縣念されている。そのため、ITOのスパッタ薄膜化法に置き換わるプロセスの開発及び希少元素Inを使わない安価な導電性物質群の開発が急務とされている。本研究は、200C程度の溶液プロセスを用い、混合原子価状態タングステン化合物の合成に成功し、優れた赤外線吸収特性を示すと共に、自由電子に由来する導電性も確認できた。エタノール-酢酸混合溶媒のエステル化反応により粒子成長に大きく影響を与える水分子をゆっくり放出できる新規ソルボサーマルプロセスを開発し、20nm以下の均一なロッド状CsxWO3ナノ粒子の合成に成功し、プロセスの汎用性を確認した。尚、タングステンベースナノ粒子の形態制御及びグラフィンとの複合化を行い、優れた導電性を付与することに成功した。また、混合原子価状態タングステン系化合物は、優れた赤外線吸収効果を有し、バイオ治療材料としての新規応用ができることを実証した。
様々なガス雰囲気処理を行うことによって、材料の自由電子密度や結晶欠陥、粉体導電性は制御可能であることを見出し、ITOの代替物質として、タングステンブロンズは有効な候補の一つであることが確認された。
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| 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
溶液プロセスで合成したタングステンブロンズはタングステンが5+と6+からなる混合原子価状態であることが確認でき、処理雰囲気と反応条件制御によって、自由電子密度の制御が可能であり、ITOの圧粉抵抗と同程度の優れた導電性を実現した。
アルカリ金属を多く取り入れたrGO/M0.57WO3(M=K,Na)では、自由電子密度が増え、更なる導電性の向上が実現でき、電気抵抗は0.45 -0.51 Ω•cm に低減できた。液相法によるグラフィンは層間欠陥及び官能基の存在及び不連続性により、導電性の低下が起こるが、ロッド状導電性タングステンブロンズを複合・並列させることによって、電気抵抗の減少をもたらし、両者の総合作用によって複合体の導電性の向上に成功した。
尚、タングステンブロンズは優れた赤外線遮蔽特性を有するが、主に吸収によって赤外線遮蔽特性をもたらすことを見出した。均一なロッド状CsxWO3ナノ粒子は、優れた可視光透明性と、<300nmの紫外領域及び780-2700nmの広範囲な赤外領域に渡る優れた光吸収特性を示している。ナノロッド粒子を肺癌細胞に取込ませ、培養液に分散し(0.5mg/mL)、980nm赤外レーザー(0.07Wcm-2)照射による温度上昇を実現し、ナノロッドを含まない培養液に比べ、ナノロッドを摂取した細胞を分散した培養液では、明らかな温度上昇効果が確認でき、照射時間を調節することによって、癌細胞を死滅させる温度範囲（>42oC）に到達できることが明らかになった。混合原子価状態タングステン系化合物は、優れた赤外線吸収効果を有し、バイオ治療材料としての新規応用が期待できることを明らかにした。
以上の通り、本研究は交付申請書に記載した「研究の目的」をほぼ達成し、おおむね予定通り研究が進行している。尚、国内外学会及び学術論文を通して、関連研究成果を積極的に公表している。
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| 今後の研究の推進方策 |
1.溶液プロセスによる酸化亜鉛系導電性物質の創製：環境に優しい溶液プロセスを用い、直接ガラス基板上に酸化亜鉛薄膜を成長させ、c-軸方向に配列成長をさせることによって、透明性の向上を目指す。更に、遷移金属ドープ及び処理雰囲気制御による導電性向上を検証する。
2.反応条件の最適化：反応条件・成膜条件の最適化を行い、ドーパント種類やドーピング量を制御すると共に、ガス雰囲気制御による自由電子と結晶欠陥の精密制御を行い、可視光透明性及び電気導電性向上にについて検証すると共に、材料の新規機能性発現を図る。
3. マルチ機能性薄膜の創製：赤外線遮蔽できるタングステンブロンズと光触媒活性を有する酸化亜鉛等を複合化させることによって、赤外遮蔽・光触媒等併せ持つマルチ機能性薄膜の調製を行い、その工学応用拡大を目指す。
上記研究を通して、希少元素Inが使われるITOの代替物質としての有効性を検証し、ソフト溶液プロセスによる新規レアメタルフリー導電性酸化物の設計指針を明らかにし、異なる形態を持つナノ材料の高次機能性を実現し、高価なレアメタルInの代替材料としての応用展開を行い、希少資源のIn使用及び導電性材料コストダウンを目指すと共に、材料の高度機能性集約を行い、その本質を解明する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
2014.4-2015.3年度において、主に計画通りに使用しているが、年度末の学会参加を取りやめたことに伴い、基金分として一部資金を次年度に繰り越すことになった。
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| 次年度使用額の使用計画 |
次年度消耗品、旅費として使用する計画である。
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