研究?知财戦略机构 学内フォーマット集
磁性金属内包カーボンナノカプセルの液相合成
| 研究课题名 | 磁性金属内包カーボンナノカプセルの液相合成 | ||
| 研究种目等 | 若手研究 | ||
| 研究概要 | （研究目的） ①国内外でも磁性金属ナノ粒子（以后金属内包カーボンナノカプセル）の研究は数多く行われているが気相中での合成方法が主であり，まれに液中で合成例はあってもいずれも炭素电极を用いてアーク放电させた方法である。アーク放电による作製例でもっとも兴味深いものが，炭素电极间に水中でアーク放电を発生させオニオンライクカーボンを作製したものでNature誌に报告されている。さらにこのグループは同様の方法を応用して他物质系でフラーレンなどのナノ材料の合成にも成功している。これらはカーボンナノカプセルの合成法は収率やエネルギー効率のきわめて悪い気相法から，液相合成法に関心が移ってきていることを端的に表している。しかし，これら新しく考案されてきている液相合成法もカーボン系材料を作製する际に炭素电极を用いている点は従来から进歩が见られず，炭素电极间のアーク放电により电极からのアモルファスカーボンが主な生成物になってしまい，収率が悪いだけに留まらず分离精製が非常に困难となっている（③において説明）。本研究の溶液からの金属内包カーボンナノセル合成法は，炭素电极を一切用いず代わりに金属电极を用い，カーボン源は有机溶媒としている点が全くオリジナルである（特许出愿済）。炭素电极を用いないことによって生成物中のアモルファスカーボンが激减し，カーボンナノカプセルの含有量が剧的に増えることが期待出来る。このように有机溶媒からの合成法は磁性金属内包カーボンナノセル作製には特に有利な方法と考えられるが，现时点で我々の知る限り我々の研究以外に报告例は无いために本课题を提案するに至った。 ②高机能材料の作製は一般に，高度な原料と緻密な作製プロセスを必要とする。そのためには多くの资源とエネルギーを必要とし，多くの廃弃物や廃エネルギーを排出しがちである。これを防ぐには，「より环境负荷の少ないプロセスで高机能材料を作製できないか？」を真剣に考える必要がある。このような基本理念に基づき我々のグループでは，「高机能セラミックスなどを高温や高エネルギーを掛けずに溶液から直接作製できるプロセスを开発しよう」と提案してきた。本课题ではこのプロセスの利点を最大限活かしつつ，后述する全く新规な独自の方法で各种磁性金属ナノ粒子をカーボンナノカプセルに内包させることによって，高度の対环境安定性を获得した金属内包カーボンナノカプセルの効率的かつ环境に优しい液相合成法の开発を目指す。简洁にまとめると，本年度には（１）购入予定の高出力高周波电源を用い，既存の反応装置のスケールアップを行い，环境安定化磁性金属ナノ粒子の大量合成を试みる。次にこれらのナノ粒子は均一に分散させることが非常に困难であることがすでにわかっているので，（２）反応溶液への界面活性剤添加等を併せて検讨しナノ粒子を均质分散化する。进行が早ければ合成条件の検讨に加えて（３）磁気?安定性など诸物理特性の测定，（４）反応条件の相违が生成するナノ粒子の粒径?形状?磁気特性に与える影响を调査する，さらに（５）反応装置の连続フロー化を行う。（６）申请者は「バイオ?ナノフォトニクスのための鲍笔颁ナノ粒子の合成と机能化」というテーマで共同研究（主に発光无机ナノ粒子の液相合成を担当）を行っており，本申请课题の磁性ナノ粒子も同様の手法でバイオ応用が可能と考えている。研究の进行に従って下记に挙げたようなバイオ?メディカル応用の可能性に関しても现在进行中のプロジェクトと络めて検讨する予定がある。 ③金属内包カーボンナノカプセルは内包されている金属を非常に薄く緻密なグラファイトレイヤーが覆ったもので，たとえば鉄のような化学的に非常に不安定な金属ナノ粒子でさえも磁気特性を失わずに安定化することができる。たとえば最近注目されているドラッグデリバリーなど生命科学系の用途はこれらの磁性体を生体内に直接注入する必要があるため，磁気特性はもとより高度な化学的安定性および高度な（生体に対する）安全性が要求される。本研究课题で取り扱う金属内包ナノカプセルはこの化学的安定性?生体安全性両方の特性を高度なバランスで保つことができる有望な材料と考えられる。このような有望な材料であるが先のような理由で工业化を前提にした大量作製?均一分散化は难しい。応用范囲は非常に多岐にわたると考えられるが，ある程度の纯度?量を得ることができなければ各种の特性试験すらできない，という状况である。本研究により我々が考案した有机溶媒を炭素源とした液相からの合成法を発展させれば，安価かつ大量に比较的纯度の高い磁性金属内包カーボンナノセルが作製できるようになると考えられ，実用化に大きく近づくことができると考えている。 （研究実施报告） 本研究课题ではエタノールを溶媒とした新しい液相放电合成法により，ニッケル金属ナノ粒子内包カーボンを直接作製することに成功した。反応は常温常圧の窒素雰囲気下で40碍痴辫辫の高电圧高速パルスを一対のニッケル电极间に印加して行った。その后反応溶液をろ过し不纯物を取り除いた后远心分离器を用いて磁性金属内包ナノ粒子を分离した。以上の操作により得られたナノカプセルの透过电子顕微镜観察によれば，生成したナノカプセルは直径20-30苍尘程度の大きさであることが确认された。内部のニッケル金属ナノ粒子を覆っているグラファイト层は透过电子顕微镜観察の结果3-4苍尘であることがわかった。さらに表面を覆っているグラファイト层の层间隔は0.34苍尘であることがわかり，これはグラファイトの相関距离と一致することが确认された。得られたナノカプセルを塩酸に分散させ，加热させる耐薬品性试験を行った结果，本研究で作製した金属内包カーボンナノカプセルは高度な安定性を示し，内部のニッケル金属ナノ粒子は完全に薄いグラファイト层で覆われていることが确认出来た。耐薬品性试験后の各种磁気特性试験の结果，内部のニッケル金属ナノ粒子は磁気特性を失っていないことが确认され，さらに２６０℃でアニールしたものについては磁気特性の向上が见られた。本试験の结果２８０℃以上の加热によって表面のグラファイト层は破壊されると结论づけられた。得られたナノカプセルは依然として収率が悪いため，今后も引き続き精力的な研究を行い，大量合成を実现する必要がある。 |
||
| 研究者 | 所属 | 职 | 氏名 |
| 理工学部 | 准教授 | 渡邉友亮 | |
| 研究期间 | 2007.6～2008.3 | ||
| リンク | |||