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ナノって、なんナノ？
〜最先端材料・ナノマテリアルの現状と今後〜
村松 淳司
東北大学多元物質科学研究所
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材料科学の研究
z 寝ている素材（ Sleeping material ）を起こして、
人類の役に立たせる、羊飼い的なお仕事
z 夢見る素材・材料から、実用材料を想像する、ク リエイティブなお仕事
z ナノテクノロジー、ナノマテリアルとは、究極の覗
き趣味的お仕事
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スリーピングマテリアル
〜寝ている素材〜
4
ドリーミングマテリアル
〜未来志向型実用化素材〜
〜未来志向型実用化素材〜
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例えば、金(GOLD)
z 金の延べ棒
z スリーピングマテリアル
z 寝ていることがお仕事
z 金ナノ粒子
z ドリーミングマテリアル
z これから人のためにお仕事
Au/ α -Fe
2O
3多元研が開発した
“選択析出法”調製
金ナノ粒子
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GOLD
z ナノ粒子 1 nm
= 1.9×10 -20 g
z 1000 g中に 5.2×10 22 個
z おそらく・・・
1万軒以上の家の シックハウス原因 物質を除去できる 量かもしれない
Au/ α -Fe
2O
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例えば、白金(PLATINUM)
z 白金の延べ棒
z スリーピングマテリアル
z 寝ていることがお仕事
z 白金ナノ粒子
z ドリーミングマテリアル
→ 実用化素材
z 自動車触媒などに利用
z 更なる利用拡大と、活性向上が 期待されている未来志向型素材
多元研が開発した
“選択析出法”で調製 多元研が開発した
“選択析出法”で調製
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白金 Platinum
z ナノ粒子 1 nm = 2.1×10
-20g
z 1000 g中に 4.8×10
22個
z 自動車1台に３ｇ (Pt+Pd)
z
NOx
規制強化により消費量増大9
1 mの1/1000は1 mm（ミリメートル）
1 mmの1/1000は1 μm（ミクロン）
1 μmの1/1000は1 nm（ナノメートル）
1mの１０億分の１が １nmなのだ！
1 mの1/1000は1 mm（ミリメートル）
1 mmの1/1000は1 μm（ミクロン）
1 μmの1/1000は1 nm（ナノメートル）
1mの１０億分の１が １nmなのだ！
突然ですが・・・
突然ですが・・・
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地球上にあるソフトボールを拡大！
地球上にあるソフトボールを拡大！
10 8 倍
12,000km 12,000km
11.3cm
11.3cm
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ソフトボールの中を拡大！
ソフトボールの中を拡大！
約 1 nm
11.3cm 11.3cm
10 8 倍
12
1m 10cm
1cm
100μm 10μm 1μm 100nm 10nm 1nm
1Å 1mm
光学顕微鏡電子顕微鏡
ソフトボール 硬貨
パチンコ玉
小麦粉
セロハン孔径 花粉
タバコの煙 ウィルス
100μm
10μm
1μm
1nm 100nm
10nm
微粒子 超微粒子
クラスターナ ノ 粒 子
サブミクロン粒子
コ ロ イ ド 分 散 系
粒子径による粒子の分類
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ナノ粒子
10 − 9 m = 1 nm
１０億分の１ m の世界
原子が数〜十数個集まった素材
バルクとは異なる物性が期待される
バルク原子数と表面原子数に差がなく、結
合不飽和な原子が多く存在する
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身近なナノマテリアル
z 牛乳、コーヒー、紅茶
z 墨汁
z ビール などなど
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牛乳
人乳と牛乳の主要栄養価(100g≒97ml) 栄養素名 人 乳 牛 乳
工ネルギ― 65kcal 67kcal たルばく質 1.1g 3.3g 脂質 3.5g 3.8g 炭水化物(糖質) 7.2g 4.8g 灰分(ミネラル等) 0.2g 0.7g 力リウム 48mg 150mg 力ルシウム 27mg 110mg リン 14mg 93mg マグネシウム 3mg 10mg ビタミン A(レチノ
ール当量) 47μg 39μg ビタミン K 1μg 2μg ビタミン B1 0.O1mg 0.04mg ビタミン B2 0.03mg 0.15mg ビタミン B12 Tr 0.3μg パントテン酸 0.50mg 0.55mg
五訂日本食品標準成分表より：
100g
当たり16 水
乳脂肪
タンパク質
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ビール
移流集積によって下から上に運ばれ、二次元の結 晶構造を形成するコロイド。下の方のコロイドは動い ているためブレている。
永山国昭（東京大学教養学部）
ビールの泡
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ビールの泡
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実用に近いドリーミングマテリアル
z 単分散粒子
z 単分散＝サイズ、形態が均一な粒子群
z 酸化鉄から磁性材料へ
z 液晶画面の裏方は ITO 粒子
z 誘電・圧電材料はチタン酸バリウム
z 未来のエネルギーは光触媒！
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ゲルーゾル法で合成した粒子 ゲルーゾル法で合成した粒子
α α - - Fe2O3 Fe2O3 α α - - Fe2O3 Fe2O3 α α - - Fe2O3 Fe2O3
CdS CdS CdS CdS Cu2O Cu2O
2μm 2μm 2μm
0.5μ 0.5 μ m m
1 1 μm μ m 0.5 0.5 μm μ m
10μm
α α - - Fe2O3 Fe2O3
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Anisotropic TiO
2Particles Obtained by the “Gel-Sol” Method
Ethylenediamine Init pH: 10.5
Succinic Acid Init pH: 10.5
Oleic Acid Init pH: 11.5
Oleic Acid Init pH: 9.9 Ethylenediamine
Init pH: 10.5, Seeds
Gluconic Acid Init pH: 9.5
Glutamic Acid Init pH: 10.5
none Init pH: 10.5
T. Sugimoto, X. Zhou, and A. Muramatsu, J. Colloid Interface Sci., 259, 53 (2003).
K. Kanie and T. Sugimoto, Chem. Commun., 2004, 1584.
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塩基性硫酸アルミニウム
硫酸根で形態制御された粒子
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単分散
In(OH)
3 微粒子 中和反応0.50 M In(NO3)3 8.0 M NaOH
水熱合成
In3+ 初期濃度： 0.25 M
100 ˚C, 24 h
250 ˚C, 3 h
遠心分離および洗浄 凍結乾燥
・ 特許出願中
・ 第87回 日本化学会春季年会で発表
SnCl4 (In に対して 1-10%) 200-300 ˚C で 3 h 焼結
単分散
ITO
微粒子非晶質 In(OH)3 ゲルの形成
In(OH)3 微粒子の生成
ITO 微粒子の生成
ゲルーゾル法による ITO 微粒子の合成
50nm 50nm 50nm
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単分散チタン酸バリウム粒子の サイズ・形態制御
〜非鉛系圧電材料〜
1
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光触媒
１）バルク機能＝光に １）バルク機能＝光に よって電子と正孔が生 よって電子と正孔が生 成する 成する
２）表面機能＝生成し ２）表面機能＝生成し た電子や正孔が反応 た電子や正孔が反応
物と反応し生成物を与 物と反応し生成物を与 える える
の２つの機能が必要 の２つの機能が必要
伝導帯
価電子帯 h e
光
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バンドギャップ
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光触媒特許件数の 推移
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光触媒特許数（物質別）
