| 研究課題/領域番号 |
26620002
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
真船 文隆 東京大学, 総合文化研究科, 教授 (50262142)
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| 研究分担者 |
宮島 謙 東京大学, 総合文化研究科, 助教 (20365456)
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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 | ナノ粒子 / レーザー蒸発 / 保護剤 / シリカ |
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| 研究実績の概要 |
バルクの物質を，直径数～数百ナノメートルの大きさの粒子（ナノ粒子という）にすると，バルクの物質にはない新しい性質が発現することがある。同じ物質でも，大きさを小さくするだけで新しい化学的・物理的特性が発現し，これらは粒子径（サイズ）によって変化するのは、新しい物質群の開発という観点から極めて魅力的である。
ナノ粒子は、液体の中で化学合成法によって作られるのが一般的であるが、液相のレーザー蒸発によっても合成可能である。液体中の金属板をターゲットとして、レンズを用いてパルスレーザーを絞り込んで照射すると、金属板が局所的かつ熱的に励起される。その結果、原子やクラスターが液体中に放出され、これらはぶつかり合うことで凝集し一次粒子を形成する。さらにこれら一次粒子同士が衝突、凝集することによってナノメートルサイズの粒子（二次粒子）が生成する。したがって、二次粒子の成長を制御できれば、最終的に生成するナノ粒子のサイズを制御することができる。実際に、10 nm程度のシリカ粒子を水中に分散させた。シリカは可視領域に吸収を持たないため、このシリカ粒子の分散液は透明であるが、1 mm3の水中に1014個程度のシリカ粒子を用意することも可能である。その結果、0.5 nm-3 nmの微小なニッケルナノ粒子が生成した。全く同じ条件で、シリカ粒子が存在しないときには、ニッケルの粒子径は5-30 nmにまで増加した。シリカ粒子が捕捉材として極めて重要な役割を果たしていることがわかる。またこれらニッケン粒子の光吸収スペクトルから、ニッケルは金属状態で酸化されていないことが示唆された。一方、金を試料として、金ナノ粒子の合成を試みたが、ここではシリカの表面に金が捕捉されなかった。金は、もともと水に対する分散性が高いためであると考えられる。
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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
ナノシリカが存在する水溶液中でのレーザー蒸発の手法は確立したと考えている。一方、必ずしもすべての一次粒子が捕捉されるわけではないことも明らかになり、レーザー蒸発の方法をさらに検討する必要がある。
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| 今後の研究の推進方策 |
上述の通り、ナノシリカが存在する水溶液中でのレーザー蒸発の手法は確立したと考えている。今後、貴金属系、特に白金、ロジウムなどの金属サブナノ粒子の合成を進めたい。特に、これまで液相レーザー蒸発のためのパルスレーザーとしてヤグレーザーの基本波を用いてきた。これは、生成したナノ粒子を安定に存在させるためである。一方、二倍波、三倍波も利用可能ではあるが、生成したナノ粒子を破壊する可能性があるために用いなかった。上記金ナノ粒子のように、もともと水に対する分散性が高い金属ナノ粒子の場合は、逆に短波長の光を用いてナノ粒子を不安定化させることによりシリカ粒子上に捕捉させることができる可能性があるので、今後は波長に対するレスポンスを明らかにしたい。
また、金属ナノ粒子に限らず、無機物質のナノ粒子化も魅力あるテーマである。特に光学的応答性を有するような無機塩をターゲットとする。これらは比較的柔らかい（硬くない）ターゲットであるので、レーザー照射条件を検討して最適化する必要があるが、ナノシリカを補足材とすることで、ナノ粒子化が容易になる可能性がある。
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