| 研究課題/領域番号 |
26410237
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| 研究機関 | 岐阜大学 |
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研究代表者 |
伴 隆幸 岐阜大学, 工学部, 准教授 (70273125)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | ナノシート / 溶液プロセス / 薄膜 |
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| 研究実績の概要 |
金属酸ナノシートは，厚さが数nmの金属酸層のことであり，高い構造異方性に起因する興味深い特性が期待される材料である。我々は，水溶液プロセスによる金属酸ナノシートのボトムアップ合成法を見出している。しかし，この合成法では面内方向に大きく成長した構造異方性の大きいナノシートが得られないという問題点があった。そこで，水溶液プロセスによる大きなナノシートの合成を検討した。また，この方法でナノシートを合成するために必要となる条件についても検討した。
まず，大きなチタン酸ナノシートの合成を検討した。これまではチタンアルコキシドと水酸化テトラアルキルアンモニウムを水中で反応させてナノシートを合成してきたが，チタン源としてチタン錯体を用いた結果，約10 nm程度の面内サイズであったものが約100 nmまで大きくなった。さらに，ナノシートのゾル中の水酸化テトラアルキルアンモニウムの濃度制御により，ナノシートが面内方向に凝集した，モザイク構造をもつ，数十ミクロンの非常に大きい多結晶ナノシートが合成できた。つまり，従来，合成されているものと同等，またはそれ以上の大きさのナノシートが水溶液プロセスでも合成できることを明らかにした。
次に，ナノシートが水溶液プロセスで合成できる条件を明らかにするために，コバルトイオンの酸化数を変化させてコバルト酸ナノシートの合成を検討した。その結果，原料となるコバルト酸のような金属酸の酸性度を大きくすることや，得られるナノシートがもつ負電荷を小さくすることがナノシートの生成に大きく寄与することが示唆された。また，これまでは１種類の陽イオンを含む金属酸ナノシートを合成してきたが，２種類の陽イオンをもつアルミノリン酸塩ナノシートの合成も検討した。その結果，２種類の陽イオンをもつメタロリン酸ナノシートもこの方法で合成できる可能性が示唆された。
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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
平成26年度の予定は，水溶液プロセスによる大きなナノシートの作製法を検討することと，我々が見出した水溶液プロセスによるナノシート合成法を，まだ検討していない金属酸ナノシートに応用することであった。
まず，大きなナノシートの合成については，モザイク構造をもつ多結晶ではあるものの，予想を超える非常に大きなチタン酸ナノシートが合成できた。合成に成功しただけでなく，その生成機構の解析や，ナノシートの積層の制御などの詳細な検討も行うことができた。
また，これまでに検討していない金属酸ナノシートの合成では，予定通り，岩塩型構造タイプの層状金属酸塩である層状コバルト酸塩の層剥離によるコバルト酸ナノシート作製を検討した。コバルトイオンの酸化数を＋３から＋４の間で変化させて層状コバルト酸塩を合成した結果，我々が見出した水溶液プロセスによる金属酸ナノシート合成に必要となる条件に関する興味深い結果が得られた。しかし，得られた知見がコバルト酸塩やその結晶構造に特有なものなのか，それとも他の金属酸にも適用できるものなのかなど，さらに詳細に検討すべき課題は残っている。
これまでに検討していない金属酸ナノシートの合成では，平成27年度の予定であった，２種類の陽イオンからなる金属酸ナノシートの合成にもとりかかった。結晶性多孔体が得られやすいアルミノリン酸塩でも，層状アルミノリン酸塩がいったん生成した後，多孔体に構造変化していく現象を見出すなど，メタロリン酸塩ナノシートへも，この合成法が応用できる可能性が見出せた。
以上のように，期待していた以上の成果，少し物足りない部分，前倒しで行った検討がある。物足りない部分に関しても，今後さらに詳細な検討を続けることにより，興味深い成果につながると考えられる。全体を通してみると，おおむね順調に進展していると考えられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成27年度の当初の予定は，大きな金属酸ナノシートの合成と，これまで検討していないナノシートの合成を，26年度に引き続き検討することと，単層ナノシート薄膜の作製を新たに検討することであった。
まず，大きなナノシートの合成についてである。当初は26年度に，金属酸体を原料として用いる方法と，イオン液体を溶媒として用いる方法の2つを検討する予定であった。しかし，前者の方法で，非常に大きな多結晶ナノシートが得られるという興味深い結果がえられたため，この検討を中心に行った。そこで27年度は，イオン液体溶媒を用いる方法について中心に検討する。この方法で，大きな単結晶ナノシートが得られないかを検討する。
次に，これまで検討していない金属酸ナノシートの合成についてである。当初は26年度の予定であったコバルト酸ナノシートの合成においては，この水溶液プロセスによるナノシート合成に必要となる条件に関する興味深い結果を得られたので，さらに詳細な検討を引き続き行い，ナノシート合成に必要な条件を明らかにする。27年度の予定であった，2種類の陽イオンを含むナノシートの合成では，26年度に前倒しで行ったメタロリン酸ナノシートの合成で，面白い結果が出始めているので，引き続き検討を行う。その他にも，層状ペロブスカイト化合物の層剥離によるナノシート作製にもとりかかる予定である。
単層ナノシート薄膜の作製については，計画では，基板上へのナノシートの析出を利用した方法を検討する予定であった。しかし，26年度に非常に大きな多結晶ナノシートの合成法が見出せたので，この大きなナノシートを基板上に塗布する方法による薄膜化をまず検討する。これをシード層とした，エピタキシャル成長による高配向性セラミックス薄膜の作製についても検討する予定である。
平成28年度の計画については，これまで得られた結果による変更は今のところない。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当初の計画では，平成26年度に，イオン液体を溶媒として用いた大きな金属酸ナノシートの合成も検討する予定であった。しかし，大きな金属酸ナノシートの合成においては，金属錯体を金属源として用いた方法で興味深い結果がえられたため，この方法を中心に検討した。その結果，イオン液体などの高額な試薬の購入量が少なくなったため，使用額が予定以下となった。
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| 次年度使用額の使用計画 |
平成27年度にイオン液体溶媒を用いた方法による大きな単結晶ナノシートの合成を検討するため，イオン液体などの高額な試薬の購入量が予定より多くなることが予想される。つまり，当初の計画にない高額な試薬の購入に使用する予定である。
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