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2014 年度 実施状況報告書

水中高周波プラズマによる金属ナノ粒子の生成とその構造化

研究課題

研究課題/領域番号 26400534
研究機関愛媛大学

研究代表者

前原 常弘  愛媛大学, 理工学研究科, 教授 (40274302)

研究分担者 青野 宏通  愛媛大学, 理工学研究科, 准教授 (00184052)
川嶋 文人  愛媛大学, 農学部, 寄付講座教員(寄付講座准教授) (60346690)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワードナノ粒子 / 高周波プラズマ
研究実績の概要

水中高周波プラズマにより金を中心とした金属ナノ粒子の生成を行う。水中高周波プラズマとは水中に挿入された電極に高周波(13.56MHz)を印加し、電極上に発生した気泡の中にプラズマを発生させる技術である。26年度は電極のスパッタを利用した金ナノ粒子の生成を中心に研究を行った。ここでは、水に種々の物質を高濃度で溶かしても水中プラズマを発生させることができる特長を利用する。研究の最初の段階として、 金単体のナノ粒子の形状や粒径の制御を試みた。併せて、電極スパッタによる鉄のナノ粒子作製を試み、磁性ナノ粒子の作製が可能であることを明らかにした。
1)金ナノ粒子の生成:NaCl水溶液を中心に、ナノ粒子の作製を行った。電気伝導率が200mS/m付近で多角形粒子(三角形や五角形、六角形)が生成されることが明らかとなった。20mS/m未満では多角形粒子が生成できないことや200mS/mを超えると、粒子の生成が困難になることが明らかとなった。また、臭化物イオンの存在下でも同様の結果が得られ、硫酸イオンでは多角形粒子は得られていない。陰イオンがキーとなっていることが明らかである。
2)鉄ナノ粒子の生成:金と同様、電極スパッタによるナノ粒子生成である。従来は純水中を中心に実験を行ったが、電極が腐食されてしまい、長時間の放電維持が困難であった。今回は、アルカリ下で実験を行うことで、磁性を有するナノ粒子の作製に成功した。組成分析などは今後の課題である。
3)金ナノワイヤーの生成:金イオンを有する水溶液中で、水中高周波プラズマを発生させたところ、金ナノワイヤーの生成が確認された。詳細は今後の課題である。
4)新方式に関する研究:電極から離れた位置での水中プラズマ発生に関し、純水中でのプラズマ発生を可能にした。

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

水中高周波プラズマにより金を中心とした金属ナノ粒子の生成を試みた。26年度は電極のスパッタを利用した金ナノ粒子の生成の他、磁性を含む粒子(鉄)を対象として研究を行った。
1)金ナノ粒子の生成:NaCl水溶液を中心に、ナノ粒子の作製を行い、イオン濃度(あるいは電気伝導率)に対する生成物の形状や粒径、生成量の依存性といった基礎的な事項について研究を行った。電気伝導率が200mS/m付近で多角形粒子(三角形や五角形、六角形)が生成され、20mS/m未満では多角形粒子が生成できないことや200mS/mを超えると、粒子の生成が困難になることが明らかとなった。また、臭化物イオンの存在下でも同様の結果が得られ、硫酸イオンでは多角形粒子は得られていない。陰イオンがキーとなっていることを明らかにした。
2)金ナノワイヤーの生成:金イオンを有する水溶液中で、水中高周波プラズマを発生させたところ、金ナノワイヤーの生成が確認された。詳細は今後の課題だが、研究予定になかった項目であり、今後の進展が楽しみな事項である。
3)磁性ナノ粒子の生成:次年度以降に予定した項目だが、時間的な余裕があったため、26年度に予備的に実験した。電極スパッタによるナノ粒子生成である。従来は純水中を中心に実験を行ったが、電極が腐食されてしまい、長時間の放電維持が困難であった。今回は、アルカリ下で実験を行うことで、磁性を有するナノ粒子の作製に成功した(磁性の有無はネオジウム磁石によって確認された)。

今後の研究の推進方策

金単体のナノ粒子の評価結果をまとめる。これらに続き、鉄系ナノ金属(あるいは金属酸化物)生成可能な物質を加えることで、複数の金属からなる複合ナノ粒子(非磁性)の合成を行い、粒子の構造化を試みる。更に、生成物の評価を開始する一方、複合ナノ粒子(磁性)の合成を開始する。

次年度使用額が生じた理由

概ね、計画通りに研究を行っているが、磁性材料に関する研究を前倒しした他、予定になかったナノワイヤー生成に関する研究も行っている。一方で、アルコール含有中の水溶液での研究に着手できていない。したがって、アルコールに対応するための装置改良がなされておらず、この部分が未使用となっている。

次年度使用額の使用計画

27年度はエタノールを用いた研究に取り掛かるため、これを使用する。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (1件) 学会発表 (4件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Radio frequency plasmas in pure water within hole in insulating plate2015

    • 著者名/発表者名
      Ayaka Rachel Tanaka and Tsunehiro Maehara
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 54 ページ: 048002(2pages)

    • DOI

      10.7567

  • [学会発表] 絶縁管内での水中プラズマの発生機構2015

    • 著者名/発表者名
      前原 常弘, 松友 真哉, 田中 彩果, 向笠 忍, 川嶋 文人
    • 学会等名
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東海大学湘南キャンパス(平塚市、神奈川県)
    • 年月日
      2015-03-11 – 2015-03-14
  • [学会発表] 絶縁管内における純水中の高周波プラズマ2015

    • 著者名/発表者名
      田中 彩果,前原 常弘
    • 学会等名
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東海大学湘南キャンパス(平塚市、神奈川県)
    • 年月日
      2015-03-11 – 2015-03-14
  • [学会発表] 液中高周波プラズマを用いた金ナノ粒子の生成2014

    • 著者名/発表者名
      水國将馬,向笠 忍,豊田洋通,野村信福,川嶋文人,前原常弘
    • 学会等名
      PLASMA CONFERENCE 2014
    • 発表場所
      朱鷺メッセ(新潟市、新潟県)
    • 年月日
      2014-11-18 – 2014-11-21
  • [学会発表] 絶縁管内の液中プラズマによる金ナノ粒子の生成2014

    • 著者名/発表者名
      田中彩果,水國将馬,川嶋文人,前原常弘
    • 学会等名
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学札幌キャンパス(札幌市、北海道)
    • 年月日
      2014-09-17 – 2014-09-20
  • [産業財産権] 液中プラズマ発生装置及び液中プラズマ発生方法2015

    • 発明者名
      前原常弘、田中彩果
    • 権利者名
      前原常弘
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2015-35810
    • 出願年月日
      2015-02-06

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公開日: 2016-05-27  

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