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超臨界ナノ材料技術開発

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超臨界ナノ材料技術開発

代表者氏名・所属部局(機関)名・職名

阿尻雅文・東北大学材料科学高等研究所 WPI-AIMR　ソフトマテリアルグループ・教授

研究の概要

超臨界ナノ材料技術を様々な産業分野に応用展開するため、大学の超臨界実験設備を活用し、基礎・探索から実用化に至る各ステージの研究・部材開発を、民間企業との連携のもと実施します。企業との共同研究を強力に推し進めるとともに、本技術に基づく大型プロジェクトも推進していきます。

研究の目的

超臨界水熱法を用いた有機修飾によるナノ粒子の表面性状制御による、ナノ粒子と高分子との親和性向上と、それに基づく新規材料開発を目指します。また、ナノ材料のプロセス設計基盤（「プロセス―構造―機能相関」）を構築するプロセスサイエンスプロジェクトを推進します。さらに、低温での巨大酸素貯蔵能という新発見に基づく廃熱利用低温改質プロセスの開発ひいてはゼロエミッション社会創成の技術基盤の構築を行います。

期待される効果

プロセスサイエンスプロジェクトでは、ナノ材料プロセスについて、「産学官からの相談先」を構築することが大きな目標です。データベースと合成・分析設備を備えた産学連携拠点をMaSCに設置し、企業のナノ材料プロセス開発を支援することで、自動車、環境エネルギー、パワーエレクトロニクス、医療、建材等、さまざまな分野でのナノ材料の製品化につなげます。ナノ材料を含めた機能性材料関連事業が、経済を大きく牽引している我が国において、企業のナノ材料プロセス課題に応える産学連携拠点の社会的意義は極めて大きいと考えます。また、ナノ触媒により、低温廃熱により、メタン改質のみならず、水分解、廃プラスチックリサイクルを進められれば、二酸化炭素排出の大きな削減にも繋がり、社会実装時の環境負荷低減に大きなインパクトがあります。

実績

(1)超臨界水を用いた有機修飾の速度論と反応機構解明、(2)化学工学熱力学と計算科学によるナノ粒子‐溶媒系の相平衡推算と流動性相関の解明、(3)ナノ粒子凝集構造のトポロジー解析と粘性との相関による流動原理の解明を行います。これまでに、J Supercrit. Fluid, 110, 161–166 (2016); Applied Cat. A, 550, 284–294 (2018); Small, 14(42), 1802915/1–8 (2018); Chem. Eng. Process, 142, 107531 (2019); Coll. Surf. A, (2019)等に成果発表を行いました。