10秒を超える室温長寿命励起子による非コヒーレント光応答型非線形吸収材料の構築

• 研究課題/領域番号: 26708010
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: 機能物性化学
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 平田 修造 東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (20552227)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 18,720千円 (直接経費: 14,400千円、間接経費: 4,320千円); 2016年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2015年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2014年度: 16,510千円 (直接経費: 12,700千円、間接経費: 3,810千円)
• キーワード: 三重項 / 非線形吸収 / 逆過飽和吸収 / 光制限効果 / オプティカルリミット / 室温りん光 / 多段階励起 / ステロイド / 励起三重項 / 三重項励起子 / 非制限効果 / 非線形光学 / 過飽和吸収 / 長寿命励起子 / 三重項三重項消滅 / 非コヒーレント光 / りん光 / 重水素化 / フォトクロミック材料

研究成果の概要

本研究では太陽光レベルの光強度で光強度の増加とともに吸光度が増加する非線形吸収材料の実現を目指した。高対称性の2次元性の縮環芳香族を超強直媒体に分散した材料では大きな三重項形成効率と10秒を超える室温励起三重項寿命が得られた。その結果50 mW/cm2以下の光強度下で十分な励起子の蓄積が可能となった。さらに高対称性の2次元性の縮環芳香族ではその対称性の高さに由来して、基底状態から最低励起一重項状態の吸収断面積が小さい一方で、三重項三重項吸収の吸収断面積は大きな値が得られた。結果的として50 mW/cm2以下の光強度下で光強度の増加に伴い大きく吸光度が増加する非線形吸収材料を実現するに至った。

研究成果

• [雑誌論文] Recent advances in materials with room temperature phosphorescence: Photophysics for triplet exciton stabilization (2017)
  • 著者名/発表者名: Ｓhuzo Hirata
  • 雑誌名: Advanced Optical Materials 巻: 印刷中 号: 17 ページ: 1700116-1700116
  • DOI: 10.1002/adom.201700116
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] White Afterglow Room-Temperature Emission from an Isolated Single Aromatic Unit under Ambient Condition (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Hirata, M. Vacha
  • 雑誌名: Adv. Opt. Mater. 巻: 5 号: 5 ページ: 1600996-1600996
  • DOI: 10.1002/adom.201600996
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Organic Light-Emitting Diodes: High-throughput virtual screening (2016)
  • 著者名/発表者名: Shuzo Hirata, Katsuyuki Shizu
  • 雑誌名: Nature Materials 巻: 15 号: 10 ページ: 1056-1057
  • DOI: 10.1038/nmat4750
  • 査読あり
• [雑誌論文] Circularly Polarized Persistent Room-Temperature Phosphorescence from Metal-Free Chiral Aromatics in Air (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Hirata, M. Vacha
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. Lett. 巻: 8 号: 8 ページ: 1539-1545
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.6b00554
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Large Transmittance Change Induced by Exciton Accumulation under Weak Continuous Photoexcitation (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Hirata, M. Vacha
  • 雑誌名: Adv. Opt. Mater. 巻: 4 号: 2 ページ: 297-305
  • DOI: 10.1002/adom.201500378
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Photoreversible On-off Recording of Persistent Room-temperature Phosphorescence (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Katsurada, S. Hirata, T. Totani, T. Watanabe, M. Vacha
  • 雑誌名: Adv. Opt. Mater. 巻: 3 号: 12 ページ: 1726-1737
  • DOI: 10.1002/adom.201500334
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] : Thermally activated delayed fluorescence with curcularly polarized luminescence characteristics (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Imagawa, S. Hirata, K. Totani, T. Watanabe, M. Vacha.
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 51 号: 68 ページ: 13268-13271
  • DOI: 10.1039/c5cc04105h
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Long-lived Triplet Excitons Allowed by Intermolecular Hydrogen Bonding in Amorphous Matrix (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Tsubomoto, Kenro Totani, Toshiyuki Watanabe, Shuzo Hirata, Martin Vacha
  • 雑誌名: Journal of Photopolymer Science and Technology 巻: 28 号: 4 ページ: 573-577
  • DOI: 10.2494/photopolymer.28.573
  • NAID: 130005101119
  • ISSN: 0914-9244, 1349-6336
  • 査読あり
• [雑誌論文] Material Degradation of Liquid Organic Semiconductors Analyzed by Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Fukushima, J. Yamamoto, M. Fukuchi, S. Hirata, H. H. Jung, O. Hirata, Y. Shibano, C. Adachi, H. Kaji
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 5 号: 8 ページ: 087124-087124
  • DOI: 10.1063/1.4928515
  • NAID: 120005666182
  • 査読あり
• [雑誌論文] [Paper] Meta-linking Strategy for Thermally Activated Delayed Fluorescence Emitters with a Small Singlet-Triplet Energy Gap (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Shizu, Y. Sakai, H. Tanaka, S. Hirata, C. Adachi, H. Kaji
  • 雑誌名: ITE Transactions on Media Technology and Applications 巻: 3 号: 2 ページ: 108-113
  • DOI: 10.3169/mta.3.108
  • NAID: 130005064337
  • ISSN: 2186-7364
  • 査読あり
• [雑誌論文] Highly efficient blue electroluminescence based on thermally activated delayed fluorescence (2015)
  • 著者名/発表者名: Shuzo Hirata, Yumi Sakai, Kensuke Masui, Hiroyuki Tanaka, Sae Youn Lee, Hiroko Nomura, Nozomi Nakamura, Mao Yasumatsu, Hajime Nakanotani, Qisheng Zhang, Katsuyuki Shizu, Hiroshi Miyazaki, Chihaya Adachi
  • 雑誌名: Nat. Mater. 巻: 14 号: 3 ページ: 330-336
  • DOI: 10.1038/nmat4154
  • 査読あり
• [雑誌論文] Position-dependent three-dimensional diffusion in nematic liquid crystal monitored by single-particle fluorescence localization and tracking (2015)
  • 著者名/発表者名: Seonik Lee, Koushi Noda, Shuzo Hirata, Martin Vacha
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. Lett. 巻: 6 号: 8 ページ: 1403-1407
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.5b00488
  • 査読あり
• [雑誌論文] Relationship between room temperature phosphorescence and duteration position in a purely aromatic compound (2014)
  • 著者名/発表者名: Shuzo Hirata, Kenro Totani, Toshiyuki Watanabe,Hiroyuki Kaji, Martin Vacha
  • 雑誌名: Chem. Phys. Lett 巻: 591 ページ: 119-125
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2013.11.019
  • 査読あり
• [雑誌論文] Large reverse saturable absorption under weak continuous incoherent light (2014)
  • 著者名/発表者名: Shuzo, Hirata, Martin Vacha, Kenro Totani, Takashi Yamashita, Chiaya Adachi
  • 雑誌名: Nat. Mater. 巻: 13 号: 10 ページ: 938-946
  • DOI: 10.1038/nmat4081
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bacteriochlorophyll aggregates self-assembled on functionalized gold nanorod cores as mimics of photosynthetic chlorosomal antennae (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Furumaki, F. Vacha, S. Hirata, M. Vacha
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: 8 号: 3 ページ: 2176-2182
  • DOI: 10.1021/nn500224v
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single molecule electroluminescence and photoluminescence of polyfluorene unveils the photophysics behind the green emission band. (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Honmou, S. Hirata, H. Komiyama, J. Hiyoshi, S. Kawauchi, T. Iyoda, M. Vacha
  • 雑誌名: Nature Commun. 巻: 5 号: 1 ページ: 4666-4666
  • DOI: 10.1038/ncomms5666
  • 査読あり
• [学会発表] Extraction of Unique Emission and Absorption Characteristics by Stabilization of Triplet Excitons (2017)
  • 著者名/発表者名: Shuzo Hirata
  • 学会等名: The 97th CSJ Annual Meeting, Asian International Symposium- Photochemistry
  • 発表場所: 慶応大学横浜キャンパス, 横浜, 日本
  • 年月日: 2017-03-16
  • 招待講演
• [学会発表] 非共役系有機媒体の超剛直性を利用した芳香族分子の新規光機能, (2016)
  • 著者名/発表者名: 平田修造
  • 学会等名: 平成28年度繊維学会秋季研究発表会, 若手産学交流セッション
  • 発表場所: 山形大学米沢キャンパス, 山形, 日本
  • 年月日: 2016-09-20
  • 招待講演
• [学会発表] Large Nonlinar Abosrption under Weak Conteneous Incoherent Light using Long-lived Room Tempeature Excitons (2016)
  • 著者名/発表者名: 平田修造
  • 学会等名: 2016 MRS spring meeting
  • 発表場所: Arizona, Phoenix Convention Center
  • 年月日: 2016-03-28
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] スーパーハードな環境下での芳香族化合物からの新規光機能の開拓 (2016)
  • 著者名/発表者名: 平田修造
  • 学会等名: 日本化学会代96春季年会
  • 発表場所: 京都, 同志社大学京田辺キャンパス
  • 年月日: 2016-03-24
  • 招待講演
• [学会発表] 励起三重項を経由したルミネッセンスの科学と応用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 平田修造
  • 学会等名: シンポジウム, 超短パルスレーザーと機能性材料; 物性評価と応用への新展開
  • 発表場所: 立命館大学大阪キャンパス, 大阪, 日本
  • 招待講演
• [学会発表] White afterglow room temperature emission from isolated single aromatic unit (2016)
  • 著者名/発表者名: Shuzo Hirata
  • 学会等名: International Symposium on Integrated Molecular/Materials Science and Engineering (IMSE2016),
  • 発表場所: Qingdao University of Science Technology, Qingdao, China
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] キラルなドナーアクセプター分子からの熱活性化遅延蛍光と円偏光発光 (2015)
  • 著者名/発表者名: 今川 拓郎・平田修造・戸谷健朗・渡辺敏行・バッハマーティン
  • 学会等名: 有機EL討論会第21回例会
  • 発表場所: 福岡, 九州大学伊都キャンパス
  • 年月日: 2015-11-12
• [学会発表] トリフェニルアミン部位を有するナフタセノン誘導体における光学活性と熱活性化遅延蛍光 (2015)
  • 著者名/発表者名: 今川 拓郎・平田修造・戸谷健朗・バッハマーティン・渡辺敏行
  • 学会等名: 2015年光化学討論会
  • 発表場所: 大阪, 大阪市立大学杉本キャンパス
  • 年月日: 2015-09-09
• [学会発表] Large transmittance change induced by exciton accumulation under weak continuous photoexcitation (2015)
  • 著者名/発表者名: 平田修造・バッハマーティン
  • 学会等名: 2015年光化学討論会
  • 発表場所: 大阪, 大阪市立大学杉本キャンパス
  • 年月日: 2015-09-09
• [学会発表] 熱活性化遅延蛍光と円偏光発光を両立する分子設計の考察 (2015)
  • 著者名/発表者名: 平田修造・今川 拓郎・戸谷健朗・渡辺敏行・バッハマーティン
  • 学会等名: 2015年光化学討論会
  • 発表場所: 大阪, 大阪市立大学杉本キャンパス
  • 年月日: 2015-09-09
• [学会発表] 室温長寿命励起子を用いた光機能性材料の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 平田修造
  • 学会等名: 第95回日本化学会春季年会
  • 発表場所: 日大船橋キャンパス（千葉県・船橋市）
  • 年月日: 2015-03-28
  • 招待講演
• [学会発表] 室温長寿命励起子を利用した非コヒーレント光に応答する非線形吸収材料の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 平田修造
  • 学会等名: 高分子同友会
  • 発表場所: 高分子学会事務局（東京都・中央区）
  • 年月日: 2015-02-12
  • 招待講演
• [学会発表] 非コヒーレント光に応答する非線形吸収材料の三重項励起子の蓄積機構 (2014)
  • 著者名/発表者名: 平田修造、バッハマーティン
  • 学会等名: 2014年度光化学討論会
  • 発表場所: 北海道大学（北海道・札幌市）
  • 年月日: 2014-10-12
• [図書] 分子性室温りん光と三重項の光物理化学, 光化学協会誌, Vol.47, No.2 (2016)
  • 著者名/発表者名: 平田修造
  • 総ページ数: 133
  • 出版者: 光化学協会
• [図書] 化学と工業3月号 (2015)
  • 著者名/発表者名: 平田修造
  • 総ページ数: 72
  • 出版者: 公益社団法人日本化学会
• [図書] 先端 有機半導体デバイス―基礎からデバイス物性まで― (2015)
  • 著者名/発表者名: 平田修造
  • 総ページ数: 788
  • 出版者: オーム社
• [図書] 高分子9月号 (2015)
  • 著者名/発表者名: 平田修造, 伊都将司, Martin Vacha, 宮坂博
  • 総ページ数: 48
  • 出版者: 公益社団法人高分子学会
• [図書] 機能材料4月号 (2015)
  • 著者名/発表者名: 平田修造
  • 総ページ数: 65
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] 高分子 (2015)
  • 著者名/発表者名: 平田修造, 伊都将司, VACHA Martin, 宮坂博
  • 出版者: 社団法人高分子学会
• [図書] 先端 有機半導体デバイス 基礎からデバイス物性まで- (2015)
  • 著者名/発表者名: 平田修造
  • 出版者: 株式会社オーム社
• [図書] 飛躍する若手研究者 室温長寿命励起子を利用した光機能材料の創製 (2015)
  • 著者名/発表者名: 平田修造
  • 出版者: 化学と工業
• [図書] 導電性ポリマー材の高機能化と用途開発最前線 (2014)
  • 著者名/発表者名: 平田修造, 羽渕聡史, VACHA Martin
  • 総ページ数: 265
  • 出版者: 株式会社エヌ・ティー・エス
• [備考] 2014年10月27日 Noteworthy Chemistry
  • URL: http://www.acs.org/content/acs/en/noteworthy-chemistry/2014-archive/october-27.html#nc3
• [備考] 2014年9月25日 日経産業新聞10面 強い光ほど透過しにくく
• [備考] 2014年10月3日 東工大ニュース
  • URL: http://www.titech.ac.jp/news/2014/028654.html
• [備考] News & Views, Nature Materials 13, 917-918 (2014)
  • URL: http://www.nature.com/nmat/journal/v13/n10/full/nmat4096.html
• [産業財産権] 波長変換材料及びその応用 (2016)
  • 発明者名: 平田修造, Martin Vacha, 村上陽一
  • 権利者名: 平田修造, Martin Vacha, 村上陽一
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2016-03-18
• [産業財産権] 波長変換材料及びその応用 (2016)
  • 発明者名: 平田修造, Martin Vacha, 村上陽一
  • 権利者名: 平田修造, Martin Vacha, 村上陽一
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2016-03-18
• [産業財産権] 波長変換材料及びその応用 (2016)
  • 発明者名: 平田修造, Martin Vacha, 村上陽一
  • 権利者名: 平田修造, Martin Vacha, 村上陽一
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2016-03-18