5種類以上の金属元素を自在に配合、多元合金ナノ粒子の合成手法を開発

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東京工業大学と科学技術振興機構(JST)は2018年9月24日、極微小な粒径1nm程度のナノ粒子の中に5種類以上の金属元素を自在に配合できる「アトムハイブリッド法」を開発したと発表した。同手法を用いて、5~6種類の金属を含む多元合金ナノ粒子の合成に成功したことも明かしている。

アトムハイブリッド法は、樹状型の規則構造を持つデンドリマーを鋳型として利用する。デンドリマーは中心構造(コア)と、コアから樹状に延びる側鎖構造(デンドロン)によって構成される特殊な高分子。デンドリマー構造中にさまざまな金属イオンを取り込んでから、化学的に還元することで多元合金ナノ粒子を合成する。鉄、ガリウム、インジウム、金、アンチモン、ビスマス、スズ、白金といった最大8種類の金属イオンを、デンドリマー構造中に同時に取り込むことにも成功している。

アトムハイブリッド法を用いれば、粒子のサイズや合金の混合比率を精密に制御できる。通常では混ざらない金属元素を混ぜることも可能になるという。

これまで均一に混合できていた金属の種類は、最大でも3種類。それよりも種類が増えると、ナノ粒子中で異なる金属同士が分離してしまっていた。しかし、粒径1nmほどの極微小粒子では金属同士は分離しない。より多くの種類の金属を混合できるようになると考えられていたが、従来の手法では粒子のサイズや混合比率を精密に制御することが難しかった。

従来の一般的な合金ナノ粒子の合成法

今回の成果によって、多元合金ナノ粒子を無数の組み合わせで生み出すことができるようになった。今後、未知の物質群の発見や新分野の開拓が実現するようになり、新たな機能材料の創出につながる可能性があるとしている。

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