名古屋工業大学 ナノ材料創製研究室

未来材料創成工学専攻・物質工学専攻/環境材料工学科

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ナノ材料創製研究室

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研究内容

 物質の大きさがナノメートル程度になると、物理的、化学的性質が変化し、従来のバルク材料にない物性を発現するようになります。研究室では、新規機能材料への応用を目指して、ナノ粒子の作製プロセスや物性の解明の研究を行っています。ナノ粒子の生成は、真空装置を用いた気相合成プロセスと、化学的手法の液相還元プロセスを利用しています。
 気相合成プロセスでは、アルゴンガス等の希ガスを真空装置に導入しながら、原料の金属板に高電圧をかけると、希ガスがイオン化してプラズマを形成します。このプラズマ中のアルゴンイオンが、金属板に衝突し、金属原子をたたき出すことで金属蒸気ができます。この蒸気が比較的高い圧力の希ガス中で冷却され、ナノサイズのクラスターを形成します。
 液相還元プロセスでは、金属塩をアルキルアミン中で加熱還元してナノ粒子を合成します。温度や反応時間を調製すると望みのサイズの金属や半導体のコロイド状ナノ粒子を得ることができます。合成したナノ粒子は表面にアルキル鎖が付いていて互いに反発するため、有機溶媒に安定に分散させておくことができます。
 ナノサイズになると、水と油のように普通は混ざらない元素同士が混ざり合って合金を形成したり、変わった結晶構造の粒子が生成したりします。このような非平衡物質を利用して新しい機能材料を開発すれば、これまで不可能だったことが可能となり、新しい未来を築くことができます。

日原・宮崎グループ

 今の燃料電池には白金触媒が使われていますが、白金を使用しない触媒を作ることができれば、希少元素の節約やエネルギー問題の解決への一助となるでしょう。この様に、ナノ粒子の物性解明と、新規機能材料の応用を目指して、ナノ領域における相分離に関する研究を実施しながら、白金レス燃料電池用触媒の探索を行っています。
 また、磁性材料は電気エネルギーを磁気エネルギーに変換する素子として多方面で利用されています。本研究室では、次世代の電子デバイスとして注目されている磁性を持つ半導体「スピントロニクス材料」の研究や、携帯電話などGHz帯域の高周波で使用する高透磁率薄膜材料の開発も行っています。
 さらに、モバイル機器に利用されているリチウムイオン電池などの電池素材開発や、発火事故の心配が無い固体電解質を用いた全固体電池を意識した研究も実施しています。

現在の主要研究テーマ

  • ナノ領域における相分離の観察と白金レス燃料電池用触媒の探索
  • スピントロニクス素子に用いる室温強磁性半導体の研究
  • GHz帯域高透磁率材料の研究
  • 全固体リチウム二次電池の研究

濱中グループ

 ナノスケールの物質系の光学物性と電子物性についての基礎研究をおこなっています。現在、LEDやレーザーなどの発光素子、太陽電池、光通信・光情報処理デバイスなどの光デバイス材料は、半導体の微細加工技術を駆使したナノレベルの構造制御により作られています。ナノ半導体やナノ金属材料をもっと容易な方法で大量に作ることができれば、省エネルギー、省資源の観点からも有益です。また、このような材料には、有害性の高い元素が多く使われていることは環境保全の観点から問題であると考えています。当グループでは、従来のナノ半導体材料を代替する環境負荷が低く安価な元素を用いた、高機能でクリーンなナノ材料の研究をおこなっています。このようなナノ材料を化学的に合成する方法の開発、その光機能の詳しい分析結果に基づいて、安全安価でかつ高機能なナノ光デバイス材料の開発が目標です。

現在の主要研究テーマ

  • 多元系化合物半導体ナノ粒子の合成、光学物性の研究
  • 貴金属-半導体複合ナノ粒子の光機能の研究
  • 非金属ナノ粒子のプラズモニクス

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