【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.09】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24UT0092

利用課題名 / Title

黒色酸化チタンのナノ微粒子化に関する研究

利用した実施機関 / Support Institute

東京大学 / Tokyo Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials（副 / Sub）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion

キーワード / Keywords

電子顕微鏡/ Electronic microscope,エネルギー貯蔵/ Energy storage,ナノ粒子/ Nanoparticles

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

吉清 まりえ

所属名 / Affiliation

東京大学理学系研究科化学専攻

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

大竹 登夢,清木 陸,川上 航太郎,奥苑 昂誠,久保田 智子

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

押川 浩之,福川 昌宏,寺西 亮佑

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術補助/Technical Assistance

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

UT-007：高分解能分析電子顕微鏡
UT-103：高分解能走査型電子顕微鏡
UT-101：低損傷走査型分析電子顕微鏡
UT-105：高分解能走査型分析電子顕微鏡

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

本研究では、ラムダ型五酸化三チタン(λ-Ti₃O₅)の表面をTiO₂ナノ粒子でコートすることで、テラヘルツ波領域において高い誘電特性を有する材料を合成し、開発した粉末を用いて、0.1～1 THzのテラヘルツ波を吸収するテラヘルツ波吸収フィルムを開発した。

実験 / Experimental

表面コート型ラムダ型五酸化三チタンは次の手順で合成した。まず、λ-Ti₃O₅を得るために、ルチル型TiO₂原料をアセチレンブラックと共にアルゴン雰囲気下にて1300℃で6時間焼成した。次に、得られたλ-Ti₃O₅をアナターゼ型TiO₂ナノ粒子と水-エタノール混合溶液中で混ぜ合わせ、60℃で一晩乾燥させることで表面コート型ラムダ型五酸化三チタンを得た。試料の粒径・形状を透過型電子顕微鏡(JEM-2010F)および走査型電子顕微鏡(JSM-7500FA, JSM-7000F, JSM-IT800SHL)で観察し、誘電特性およびテラヘルツ波吸収特性はテラヘルツ時間領域分光法(THz-TDS)により測定した。

結果と考察 / Results and Discussion

λ-Ti₃O₅、表面コートに使用したアナターゼ型TiO₂、および表面コート型ラムダ型五酸化三チタンのSEMおよびTEM観察から、ラムダ型五酸化三チタンの表面全体がアナターゼ型TiO₂ナノ粒子により被覆されていることが確認できた（図１）。THz-TDS測定の結果、開発した表面コート型ラムダ型五酸化三チタンは、0.1 THzから1 THzの範囲で0.76という高い誘電正接を示した。これは、ラムダ型五酸化三チタン結晶内部のドメイン界面、絶縁性TiO₂ナノ粒子とラムダ型五酸化三チタン結晶の間の界面で生じる電子散乱によって、極めて高い誘電損失がテラヘルツ波帯域で発現したことによる。この材料を用いて理論的計算をもとに、超薄型テラヘルツ波吸収フィルムを開発した。厚さ48 µmのフィルムは0.77 THzで−28 dBの反射損失（99.8%吸収）を示した。このような0.1～1 THzの帯域のテラヘルツ波吸収フィルムはこれまで報告されておらず、世界最薄の吸収体である。表面コート型ラムダ型五酸化三チタンを用いたテラヘルツ波吸収フィルムは世界最薄であるだけでなく、耐熱性、耐光性、耐水性、耐有機溶剤性も備えていることから屋外環境や過酷な条件下でも使用できると期待される。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図１．(a) ラムダ型五酸化三チタン（λ-Ti₃O₅）の結晶構造と走査型電子顕微鏡（SEM）像。(b）アナターゼ型酸化チタン（TiO₂）ナノ粒子の結晶構造と透過型電子顕微鏡（TEM）像。(c) 表面コート型ラムダ型五酸化三チタンのSEM像。

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

参考文献S. Ohkoshi, Y. Tsuzuo, M. Yoshikiyo, A. Namai, T. Otake, K. Okuzono, Y. Tanaka, S. Katayama, Ultrathin Terahertz-Wave Absorber Based on Inorganic Materials for 6G Wireless Communications, ACS Applied Materials & Interfaces, 17, 9523 (2025). 謝辞本研究では、特にTEM, SEM観察において総合研究機構ナノ工学研究センターの押川様、福川様にご協力を頂きました。厚く御礼を申し上げます。

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

1. Shin-ichi Ohkoshi, Ultrathin Terahertz-Wave Absorber Based on Inorganic Materials for 6G Wireless Communications, ACS Applied Materials & Interfaces, 17, 9523-9529(2025).
   DOI: 10.1021/acsami.4c17606
   
2. Yaowei Hu, Phase Transformations of Individual Ti₃O₅ Nanocrystals Studied by In Situ Electron Microscopy, The Journal of Physical Chemistry C, 128, 13991-13997(2024).
   DOI: 10.1021/acs.jpcc.4c02685
   
3. Tomu Otake, Long‐Term Heat‐Storage Ceramics based on Zr‐Substituted λ‐Ti₃O₅, European Journal of Inorganic Chemistry, 27, (2024).
   DOI: 10.1002/ejic.202400047
   

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

1. T. Otake, M. Yoshikiyo, S. Ohkoshi, "Metal-substitution effects in temperature- and pressure-induced phase transitions of long-term heat-storage ceramics λ-Ti3O5" 日本化学会第105春季年会(大阪), 2025年3月27日.
2. 奥苑昂誠, 大竹登夢, 続麻優菜, 吉清まりえ, 生井飛鳥, 大越慎一, "Development of electromagnetic wave-absorber in the sub-terahertz wave region based on lambda-trititanium-pentoxide"日本化学会第105春季年会(大阪), 2025年3月26日.
3. R. Seiki, A. Fujisawa, A. F. Fadilla, T. Kubota, S. Ohkoshi, H. Tokoro, "Evaluation of heat-storage properties of lambda-type trititanium pentoxide and synthesis of metal-substituted lambda-type trititanium pentoxide" 日本化学会第105春季年会(大阪), 2025年3月27日.
4. 清木 陸、藤澤 聖斗、Akhmad Fadel Fadilla 、久保田 智子、大越 慎一、所 裕子, "ラムダ型五酸化三チタンの新規合成手法の検討と蓄熱特性評価" 日本セラミックス協会2025年年会(浜松), 2025年3月5日.
5. 清木 陸、久保田 智子、藤澤 聖斗、Akhmad Fadel Fadilla 、賈 方達、大越 慎一、所 裕子, "塩化チタンを出発物質としたラムダ型五酸化三チタンの合成手法の開発と蓄熱特性評価" 第14回CSJ化学フェスタ2024, 2024年10月22日.
6. R. Seiki, T. Kubota, A. Fujisawa, A. F. Fadilla, S. Ohkoshi, H. Tokoro, "Relationship between Heat Storage Properties and Crystallite Size of Lambda-Type Titanium Pentoxide" The 10th Southeast Asia Collaborative Symposium on Energy Materials (SACSEM 10th)(つくば), 2024年10月3日.
7. 清木 陸、藤澤 聖斗、Akhmad Fadel Fadilla 、久保田 智子、大越 慎一、所 裕子, "ラムダ型五酸化三チタンの双安定性と粒子サイズの相関関係" 日本物理学会第79回年次大会, 2024年9月17日.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件