ニオブ酸化物ナノシートコロイド懸濁液におけるシートの平均粒径と構造の関係

Relation between mean lateral size and structure in the niobate nanosheet colloidal suspension

山口 大輔; 宮元 展義*; 小泉 智; 中戸 晃之*; 橋本 竹治

Yamaguchi, Daisuke; Miyamoto, Nobuyoshi*; Koizumi, Satoshi; Nakato, Teruyuki*; Hashimoto, Takeji

層状ニオブ酸化物結晶KNbOを単位層に剥離することにより作製したナノシートコロイド懸濁液において、ナノシートの形状とコロイドの構造との相関を求めた。板状粒子からなるコロイドとしては粘土鉱物の一種であるラポナイトなどがよく知られており、これまでに多くの研究例があるが、本研究の対象であるKNbOナノシートは、シート1枚の厚み(約1.9nm)に対して一辺の長さ(これを平均粒径と称する)が数百から数千倍にも達する極めて異方性の大きな板状粒子であり、このように極端に大きなアスペクト比(平均粒径と厚みの比)を有することは粘土鉱物ナノシートには見られない特徴である(ラポナイトのアスペクト比は10:1)。本研究では、ナノシートのアスペクト比、濃度をパラメータとしてコロイドの構造を中性子小角散乱測定により系統的に調べ、アスペクト比がコロイドの構造を決定する重要な因子であることを明らかにした。これはアスペクト比の小さな粒子しか得られない粘土鉱物ナノシートコロイドでは重要視されてこなかった問題であり、本研究とこれまでの粘土鉱物ナノシートコロイド系との研究結果との比較により多くの新たな知見が得られたので学会発表を行う。

The structure of niobate nanosheets in aqueous colloidal suspensions was investigated by small-angle neutron scattering (SANS). The nanosheet, obtained by the exfoliation of layered KNbO single crystal, has a regular thickness (d) of 1.8 nm, while lateral size (L) is variable from 100 nm to 10 m depending on the preparation process. Such an large aspect (i.e., L/d) ratio is peculiar to the nanosheet of KNbO crystal, and has never been obtained by other type of clay nanosheet. According to the SANS measurement, the aspect ratio of the nanosheet is deeply related to the regularity of the spacing between the nanosheet particles in the colloidal suspension. A comprehensive comparison between niobate nanosheets and other clay nanosheets is argued.