超音波リアクターを利用した低コスト・低環境負荷実現高次制御ナノ複合材料の開発研究

利用超声波反应器研究和开发高度可控的纳米复合材料，实现低成本和低环境影响

• 批准号: 04J07797
• 负责人: 林 大和
• 金额: $ 0.77万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-04J07797/
• 关键词: 超音波; 金属ナノ粒子; 低コスト; 低環境負荷; 担持コーティング; ナノファブリケーション; 酸化物; アルコール

本研究では低環境負荷・低コストでナノ材料が作製可能な超音波ナノファブリケーション技術に注目し、理論的観点及び実験的証拠から反応場の検討を行い、金属ナノ材料作製のためのプロセス最適化を検討した。本年度前半では単分散銀ナノ粒子の作製プロセス確立のために、出発原料に酸化銀とアルコールを用い、超音波の出力・周波数制御、界面活性剤、溶媒、熱伝導率、圧力、温度制御により粒子サイズ、形態の制御を検討し、透過型電子顕微鏡(TEM)・走査型電子顕微鏡(SEM)で観察を行い、形状の反応場依存性の評価を行った。粒子形状及びサイズは、出発原料比率・超音波反応場条件によって制御可能であり、数nmサイズから数百nmサイズまで容易に制御可能であることが判明した。また従来法とは異なり、低い過飽和度で大量に低コスト・低環境負荷で作製可能であることが判った。本年度後半では白金ナノ粒子のセラミックス粒子への担持コーティングの検討を行った。従来法での白金担持手法は、金属塩を用いるため、触媒毒や酸性雨の源となる残留イオンが廃液に存在する。本手法では酸化物とアルコールを用いるため、従来法とは異なり残留イオンが存在しなく、低環境負荷に貢献し、従来、貴金属ナノ粒子担持材料に存在していた環境材料のジレンマの解決が可能なことが判った。また、白金ナノ粒子は非常に簡単に数nmサイズの制御が可能であることが判明した。また、卑金属材料へ応用のために卑金属酸化物材料のエンタルピー計算を行った。計算の結果より、酸化第一銅出発による銅ナノ粒子の作製が卑金属材料系において実現可能性があることがわかった。これらの結果は、国際学会4件、国内学会3件で発表を行った。また、この超音波ナノファブリケーション技術に関して、アメリカ電気学会(IEEE)からレビュー原稿の依頼があり、執筆を行った。

在这项研究中，我们专注于能够生产环境影响小、成本低的纳米材料的超声波纳米加工技术。我们从理论角度和实验证据检验反应场，并优化生产金属纳米材料的工艺。我们考虑了生产金属纳米材料的可能性。今年上半年，为了建立单分散银纳米粒子的生产工艺，我们以氧化银和酒精为起始原料，控制超声波、表面活性剂、溶剂、导热系数、压力和温度等的输出和频率。我们研究了尺寸和形态的控制，使用透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）观察它们，并评估了形状对反应场的依赖性。研究发现，颗粒的形状和尺寸可以通过起始原料的配比和超声反应场条件来控制，并且可以容易地控制尺寸从几纳米到几百纳米。此外，与传统方法不同的是，我们发现可以以低过饱和度、低成本和低环境影响大量生产。今年下半年，我们研究了陶瓷颗粒上铂纳米颗粒的支撑涂层。由于传统的铂负载方法使用金属盐，因此废液中存在残留离子，这可能是催化剂中毒和酸雨的来源。由于该方法使用氧化物和酒精，与传统方法不同，没有残留离子，对环境的影响较小，解决了传统贵金属纳米颗粒支撑材料存在的环境材料困境。此外，人们发现铂纳米颗粒可以非常容易地控制在几个纳米的尺寸。此外，还进行了贱金属氧化物材料的焓计算，以应用于贱金属材料。计算结果表明，可以在贱金属材料体系中以氧化亚铜为原料制备铜纳米粒子。这些成果在四次国际会议和三次国内会议上发表。此外，美国电气工程师学会（IEEE）要求我撰写有关超声波纳米加工技术的评论手稿。

项目成果

Eco-designs and Applications for Noble Metal Nano-particles by Ultrasound Process (Review)

超声波工艺贵金属纳米颗粒的生态设计和应用（综述）

• 发表时间: 2005
• 期刊: IEEE Transactions on Electronics Packaging Manufacturing Vol.28(印刷中)
• 作者: Satoshi Kawata;Yasushi Inouye;Taro Ichimura;Yamato HAYASHI;Yamato HAYASHI;Yamato HAYASHI
• 通讯作者: Yamato HAYASHI

金属ナノ粒子における低コスト・低環境負荷ファブリケーション Eco-fabrication for Metal Nano Particles

金属纳米颗粒的生态制造

• 发表时间: 2004
• 期刊: Proceedings of Eco Design2004 Japan Symposium, December 6-7.
• 作者: Satoshi Kawata;Yasushi Inouye;Taro Ichimura;Yamato HAYASHI;Yamato HAYASHI;Yamato HAYASHI;林 大和;Yamato HAYASHI;林 大和
• 通讯作者: 林 大和

超音波エコ・デザインによるナノ複合材料創製技術 Nanocomposite Fabrications by Sonochemical Eco-design

通过声化学生态设计制造纳米复合材料

• 发表时间: 2005
• 期刊: 月刊マテリアルインテグレーション 第18巻第5号(印刷中)
• 作者: Satoshi Kawata;Yasushi Inouye;Taro Ichimura;Yamato HAYASHI;Yamato HAYASHI;Yamato HAYASHI;林 大和
• 通讯作者: 林 大和

Fabrication and Applications of Nano-metal Particle Composites by Ultrasonic Eco-process

超声生态法纳米金属颗粒复合材料的制备及应用

• 发表时间: 2006
• 期刊: Key Engineering Materials 317-318
• 作者: Y. Hayashi;H. Takizawa;Y. Saijo;T. Sekino;K. Suganuma;K. Niihara
• 通讯作者: K. Niihara

Eco-fabrications and applications of noble metal nano-particles by ultrasound

超声贵金属纳米颗粒的生态制备及应用

• 发表时间: 2004
• 期刊: Polytronic2004, IEEE Catalog Number.04TH8779C, ISBN : 0-7803-8745 IEEE Catalog No.04TH8779C(CD-ROM)
• 作者: Satoshi Kawata;Yasushi Inouye;Taro Ichimura;Yamato HAYASHI;Yamato HAYASHI;Yamato HAYASHI;林 大和;Yamato HAYASHI
• 通讯作者: Yamato HAYASHI