要旨集●Vol.40 No.1（2005年3月発行）
特集： Nano-structure Controls of Functional Powders
(粉体材料のナノ構造制御)
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Review
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P.1
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Recent developments
in functional powders and their fabrication were overviewed
with a focus on their microstructure and material design.
We discuss features of four novel powders studied at
Toyota CRDL: 1) Mono-dispersed super-microporous silica
spheres, 2) Fullerene polymer-like materials, C60Pdn
, for toluene adsorption, 3) Single-walled carbon nanotubes,
and 4) Flame-synthesized metal oxides.
最近の機能性粉体材料およびそれらの合成方法を，微構造および材料設計の観点から概観しました。豊田中央研究所で研究した以下の4つの新規な粉体に関して，その特長を簡単に紹介します。1)
ミクロ孔を有する単一分散シリカ球粒子，2) トルエン吸着特性を有するフラーレンのポリマー状材料C60Pdn
，3) 単層カーボンナノチューブ，4) 火炎合成した金属酸化物粉体。
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Research
Reports
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P.5
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Pure and mixed ZnO-SiO2 particles were
prepared by flame spray pyrolysis (FSP) of zinc acetate
(ZA) and either hexamethyldisiloxane (HMDSO) or SiO2-sol
dispersed in either methanol or a water-in-oil emulsion.
The product particles were characterized by nitrogen
adsorption, infrared absorption and X-ray diffraction.
The evolution of solid or hollow particle formation
along the flame axis was elucidated by observing particles
collected in the spray flame by thermophoretic sampling.
The effects of using different silicon precursors
and solvents on product particle characteristics were
evaluated. The characteristics of the product particles
can be controlled by the Si precursor and solvent.
ZnO，SiO2およびZnO/SiO2粒子を噴霧火炎合成した。酢酸亜鉛をZn源，ヘキサメチルシロキサンまたはSiO2ゾルをSi源とし，メタノールまたは油中水型エマルションを溶媒とした。合成粒子の特性を窒素吸着，赤外吸収，X線回折によって評価し，粒子特性に及ぼすシリコン源および溶媒の影響を把握した。粒子を噴霧火炎中でサンプリングし透過型電子顕微鏡観察することにより，火炎中での粒子生成過程を明らかにした。粒子特性がSi源および溶媒によって制御されることを示した。
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P.14
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C60Pdn
polymer-like materials were prepared and reacted with
toluene, one of the harmful gases. Toluene was successfully
adsorbed on C60Pdn at
ambient temperature without additional energy sources.
This adsorptivity was retained even at low concentration
of 1000 ppb, which is close to the actual toluene
concentration in the environment. The strong adsorption
of toluene molecules toward C60Pdn
was confirmed by IR, TG-IR, and cyclic voltammetry.
The π- electrons of toluene are believed
to adsorb on the partially positive Pd atoms of C60Pdn
, and theoretical studies have suggested
that the π-electrons of C60
and toluene overlap through the d-electron
orbitals of the Pd atom, representing not just physical
adsorption. This result should open the door to application
of fullerene materials as adsorbents for harmful gases.
ポリマー状フラーレンのC60Pdnを合成し，有害なガスの1つであるトルエンとの反応を調べた。トルエンは付加的なエネルギーを必要とせず室温でC60Pdn
上に吸着された。この吸着性は，環境中の実際のトルエン濃度に近い1000ppbという低濃度でさえ保持された。C60Pdnへのトルエン分子の強い吸着は，IR，TG-IRおよびサイクリックボルタンメトリー解析によって確認された。トルエンのπ電子がC60Pdnの一部正に分極したPd原子上に吸着すると考えられ，理論的な研究により，Pd原子のd電子軌道を介してトルエンのπ電子とC60のπ電子の軌道が重なり安定に吸着することを提案した。この結果はフラーレンの有害ガスの吸着材としての用途に道を開くものである。
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P.22
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Single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) have been
synthesized on zeolite powder with Fe/Co catalysts
by catalytic chemical alcohol-vapor deposition (CCAVD).
We first used a cold wall reactor at atmospheric pressure.
The reactor system was then modified: radio-frequency
heating was used for zeolite-CCAVD. The G/D ratio
(~25) obtained is equivalent to that obtained by conventional
CCAVD under reduced pressure. This indicates the high
purity of the present specimen. The diameter distribution
of the synthesized SWCNTs, estimated by analysis of
resonant Raman spectroscopy using excitation wavelengths
at 488, 514.5 and 633 nm, shifts towards larger diameters
with increasing synthesis temperature and decreasing
carbon supply rate (ethanol temperature). We present
a diameter-selective growth model that is based on
the relationship between the carbon supply rate, synthesis
temperature and catalyst size.
触媒化学アルコール気相成長法 ( CCAVD ) を用いて，Fe/Co触媒を担持したゼオライト粉末上に単層カーボンナノチューブ
( SWCNTs ) を合成した。その際，ゼオライト−CCAVD用に改造した冷却壁反応管を有する高周波加熱装置を大気圧下で初めて使用した。得られた試料のG/D比
( 結晶性の指標：~25 ) は，従来の減圧CCAVD法によって得られた試料のG/D比と等価であった。SWCNTsの直径分布は励起波長488，514.5および633nmのラマン分光分析で評価し，合成温度の上昇および炭素供給割合
( エタノール温度 ) の減少と共により大きな直径に移行することが分かった。また，炭素供給割合と合成温度および触媒サイズの関係に着目したナノチューブの直径選択成長モデルを提案した。
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P.28
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Mono-dispersed spherical mesoporous silica was synthesized
from tetramethoxysilane and alkyltrimethylammonium
bromide (CnTMABr) with short alkyl-chain
as a surfactant under very specific conditions. Regularity
of mesopores was high when dodecyltrimethylammonium
(C12TMABr) was used. The particle size
was found controllable by changing synthesis temperature,
water/methanol ratio, and silica source while mono-dispersion
characteristics were retained when decyltrimethylammonium
bromide (C10TMABr) was used. The obtained
mono-dispersed spherical mesoporous silica had a particle
size equivalent to the wave length of visible light,
and thus its application to an optical use such as
photonic crystal is expected.
テトラメトキシシランとアルキル鎖の短い4級アンモニウム塩 (CnTMABr)
を界面活性剤として用いて特定の条件で反応させることにより，単分散球状メソポーラスシリカの合成に成功した。ドデシルトリメチルアンモニウムブロミド(C12TMABr)
を用いた場合は，細孔の規則性が高いメソポーラスシリカが得られた。デシルトリメチルアンモニウムブロミド
(C10TMABr) を用いた場合は，合成温度，メタノール／水比，シリカ源を変えることにより，単分散性を保持したまま，その粒子径を変えることができた。得られた単分散球状メソポーラスシリカは，粒子径が可視光波長と同等であり，フォトニッククリスタル等の光学用途への応用が期待される。
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