2013 Fiscal Year Research-status Report
低次元ナノ構造セラミックス薄膜／金属複合体の創製と応用技術の開発
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25420732
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Saga University |
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Principal Investigator |
矢田 光徳 佐賀大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20274772)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 薄膜 / リン酸チタン / 酸化チタン / 濡れ性 / 超撥水 / ナノ構造 / 光触媒 |
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| Research Abstract |
金属チタン板を過酸化水素とリン酸の水溶液に浸漬し、原料比や反応温度等の種々の条件を制御して反応を行うことにより、結晶構造やナノ・マイクロ形態が異なる５種類のリン酸チタン薄膜（ナノベルト薄膜、マイクロフラワー薄膜、ナノプレート薄膜、ナノシート薄膜、ナノロッド薄膜）／金属チタン複合体が生成することを見出し、特に、過酸化水素が複合体の生成に重要な役割を示すことを明らかにした。薄膜の接触角測定を行ったところ、得られた５種類の薄膜はいずれも超親水性を示したが、リン酸チタンナノロッド薄膜をアルキルアミンで表面修飾することにより超撥水性薄膜を得ることに成功した。超撥水性状態における水滴の付着力はアルキルアミンの炭素鎖長で制御が可能であり、炭素鎖長が12のドデシルアミンで表面修飾すると高付着力を有する超撥水性薄膜となるが、炭素鎖長が18のオクタデシルアミンで表面修飾すると転落角11度の低付着力の超撥水性薄膜が得られた。さらに、低付着力を示したオクタデシルアミンで表面修飾したリン酸チタン薄膜に紫外線を照射すると、リン酸チタンの光触媒反応により一部のオクタデシルアミンが分解し、その結果、高付着力を有する超撥水性薄膜に変換することができた。これらの濡れ性の制御技術は、セルフクリーニングや水・油分離や液滴のマニピュレーション等への様々な応用が期待される。また、リン酸チタンと各種水溶液との反応性を調べ、銀イオンやナトリウムイオンとの特異なイオン交換特性や、リン酸チタンの形態を保持したままでのチタン酸ナトリウムナノ・マイクロ階層構造体への変換についても明らかにした。チタン酸ナトリウムナノ・マイクロ階層構造体については、酸化チタンナノ・マイクロ階層構造体への変換に関する研究を開始するとともに、光触媒特性やLi電池負極特性の評価も開始した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
リン酸チタン低次元ナノ構造体薄膜／チタン複合体の合成と構造制御と評価に関しては、当初の予定以上に順調に進んでいる。多くの合成実験をこなして合成時の注意点や複合体の生成過程をある程度明らかにできたことにより、合成の再現性もよくなってきた。物性評価としては濡れ性の評価が予定以上に順調に進み、薄膜への水の接触角と付着力を制御することに成功した。これらの研究成果は、日本セラミックス協会2014年年会で発表することができ、ACS Applied Materials & Interfaces 誌への掲載も決まった。また、複合体の合成方法を改良することにより、リン酸チタン粒子の合成も行えるようになってきており、粒子を使って数多くの基礎的な物性評価を効率的にできるようになったため、複合体の評価も今後順調に進んでいくのではないかと思われる。粒子を使った物性評価の結果としては、光触媒特性とLi電池負極特性の一部を日本セラミックス協会第26回秋季シンポジウムと平成26年度日本セラミックス協会九州支部春季特別講演会（招待講演）にて発表することができた。その一方で、二次元マイクロ空間を利用した低次元ナノ構造セラミックス薄膜／金属複合体に関する研究成果はまだ学会発表等ができる段階にまでは至っておらず、H26年度はこの研究にも力点を置いて研究を進めていきたい。以上の事柄を総合して、おおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
基本的には、当初の計画通りに研究を進めていく方針である。しかし、低次元ナノ構造セラミックス薄膜／金属複合体の物性評価と応用技術の開発のためには、低次元ナノ構造セラミックス部の詳細な組成の制御とナノ・マイクロ構造の制御と物性評価が不可欠であるが、複合体中のセラミックス薄膜部の体積や質量が小さいために、結晶構造の評価や比表面積や光触媒特性やLi電池負極特性等の各種物性を評価する上で困難を伴うとともに、測定結果の再現性や信頼性に問題が生じることもわかってきた。また、複合体の合成とそれらの詳細な評価にはかなりの手間と時間がかかることもわかってきた。そこで、複合体の研究だけではなくて、複合体の合成方法を応用してセラミックス薄膜を構成する粒子を大量に合成する方法も開発し、複合体の評価に先行して粒子の評価を進めていき、その結果を複合体の合成と物性評価にフィードバックすることによって研究を効率的に進めて研究開発のスピードを加速していきたいと考えている。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
本研究に関する論文の作成が若干遅れ、英文校正の完了が2014年度の4月のはじめにずれ込んだ。また、年度末に物品の発注ミスがあり、予定してた物品を2013年度中に納入することができなかった。以上の結果、2013年度に予定されていた予算を全額執行することができなかった。
英文校正が完了したため、現在、支払いの手続きを進めている。また、当初から購入を予定していた物品（消耗品）を購入する予定である。
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Research Products
(4 results)
