2015 Fiscal Year Annual Research Report
微粒子の精密ナノ構造化による高機能・省資源化技術の構築
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26709061
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
荻 崇 広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30508809)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 微粒子構造化 / 中空微粒子 / ポーラス微粒子 / コアシェルナノ粒子 / 断熱フィルム / 磁性体材料 / 電極触媒 / キャパシター |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成27年度は主に、断熱材料、磁性体材料、電極触媒材料へ向けた機能性微粒子構造体の開発に従事した。詳細を以下に示す。
１）H27年度に達成した粒度分布および粒子径が制御されたPSL粒子をテンプレート材料に用いて、TMOSから中空構造を持つシリカ微粒子を合成した。テンプレート微粒子のサイズを変えることで、粒子外径を40 nmから400 nmで、シリカ源の初濃度を調整することで、膜厚を6 nmから17 nmで制御した。さらに、この中空微粒子をポリマーと複合した結果、透明なナノコンポジットフィルムが得られ、ポリマーのみの場合と比較して3倍の高い断熱特性を示すことが明らかにした。本研究成果は、スイス連邦工科大学との共同研究にて実現した。
２）プラズマ法で合成したアルミナコート鉄粒子の気固反応によりコアシェル構造を持つアルミナ-窒化鉄ナノ粒子を合成し、さらに分散液の作製を行った。操作条件（回転数、分散剤の有無、pH、分散時間）が分散液の物性（分散粒子径、濃度、粘度）へ及ぼす影響を明らかにして、安定した窒化鉄ナノ粒子分散液の作製指針を見出した。
３）ポリスチレン粒子をテンプレート材料に用いて、噴霧熱分解法によりフェノール樹脂から多孔質構造や中空構造を持つカーボン粒子の合成に成功した。ポリスチレン粒子由来のマクロ径と白金担持挙動の関係を、電極触媒性能から評価し、最適な多孔質構造の設計指針の提案をした。
４）ポリスチレン粒子をテンプレート材料に用いて、マイクロ波加熱法により３アミノフェノールから中空構造を持つカーボン粒子の合成に成功した。粒子外径および膜厚の制御も可能となし、電気容量を測定した結果、市販の活性炭と同等の性能が得られた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
H27度の計画は、光触媒材料、磁性体材料、キャパシタ材料への応用へ向けた微粒子構造体の設計であったが、スイス連邦工科大学との共同研究の効果もあり、中空構造微粒子の透明断熱フィルムへの応用、コアシェル構造を持つ窒化鉄ナノ粒子の分散液作製、多孔質構造および中空構造を持つカーボン微粒子の合成と電極触媒特性と相関関係を明らかにすることができ、予想以上に研究が進んでいると判断した。光触媒およびキャパシタについても現在論文の査読中であり、当初の予定より進んでいると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究方策として、平成28年度は主に光触媒材料、キャパシタ材料、低屈折率材料、光吸収材料、電極触媒材料へ向けた微粒子構造体の開発を行う。
１）低屈折率材料としては、中空構造を持つシリカやフッ化物微粒子の合成を行う。H27年度までに合成した中空シリカをビーズミルによってモノマー中に分散し、重合することにより中空シリカのポリマーコンポジットフィルムを作製し、屈折率の測定を行う。中空シリカの充填量、粒子径などが屈折率に及ぼす影響を実験的に明らかにする。
２）光触媒材料としては、火炎噴霧法によるワンステップでポーラス構造を持つ酸化タングステン微粒子の合成を検討する。噴霧原料液の粒子濃度、テンプレート材料として用いるポリスチレンラテックス粒子添加量、反応場の温度、滞留時間を制御することで、比表面積と結晶子径が制御された酸化タングステンナノ粒子構造体を合成できる操作条件を見出す。
３）キャパシタ材料としては、マイクロ波加熱装置を用いた液相法による中空構造を持つ窒化炭素粒子の合成を行う。テンプレート材料にはポリスチレン粒子を用いてカーボン源としてメラミンを用いる。H27年に見出したテンプレート材料であるPSL粒子の合成指針に基づいて、メラミン濃度との混合比を調整することで、粒子径および膜厚が制御された中空構造カーボン粒子の合成を行う。また、合成した粒子は電池を作製して性能を評価する。
４）電極触媒材料としては、噴霧法を用いたマルチポーラス型のカーボン微粒子の合成を行う。H27年度までに明らかにした多孔質カーボン微粒子の設計指針に基づいて、さらに高い空隙率や比表面積を持つカーボン微粒子の合成を目指す。得られたカーボン微粒子構造体に白金を担持して燃料電池の電極触媒としての性能を評価する。
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| Causes of Carryover |
来年度は、本研究課題の３年目に当たる年だが、ここまで予想以上に研究が進んでおり、同様のコンセプトが来年実施する他の機能性材料の構造化に有用であることが期待され、そのための実験および分析へ回すことを考えて節約した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成28年度は、構造および形態が制御されたナノ粒子材料の合成と性能に関する実験、分析（あいちシンクロトロン研究センター）、評価（電池特性の依頼分析）、原料および材料などの消耗品、また本研究課題の研究成果の国内外で発表、論文化のために研究費を使用する。
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