フォトニックバンドギャップを有するソフトマテリアルの構築とそのセンサーデバイスへ

• Project/Area Number: 17029031
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 竹岡 敬和 名古屋大学, 大学院工学研究科, 助教授 (20303084)
• Project Period (FY): 2005 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000); Fiscal Year 2006: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2005: ¥1,600,000 (Direct Cost: ¥1,600,000)
• Keywords: コロイド結晶 / 構造色 / ゲル / 二状態スイッチング / センサー

Research Abstract

従来の研究では、ゲルの長さを測定することで、網目を構成する高分子鎖の拡がり具合を評価できることがわかっていた。本研究では、コロイド結晶を鋳型に用いて構造色を示すポーラスゲルを作ることで、光の波長ほどの周期で屈折率が変化する構造をゲル内に導入すると、分子レベルの挙動を色の変化として観測できるようになることを明らかにした。本研究において確立した構造色を示すゲルを作る方法は、光応答性ゲル、電場応答性ゲル、分子認識ゲルなど、様々なゲルに対して適用することができる。光応答性を示す性質を付与した構造色ゲルは、光の照射に伴って構造色の二状態変化を示すようになった。この特性を利用すると、フォトマスクで光を照射したところのみ色が変化するフォトクロミックゲルが得られるようになる。最近では、環動ゲルというこれまでのゲルと比べて機械的強度が改良されたゲルにも構造色を発現させることができた。環動ゲルを用いることで、ゲルの機械的強度も強くなることから、構造色変化の繰り返し変化能の向上が実現できると思われる。また、モノマー組成や架橋剤の量などを予め調節すれば、同じ種類のゲルでも異なる色を示すようになる。このようなゲルは、環境センサーや化学センサーなどへの応用が期待できるだろう。
さらに、ポーラスな構造を導入したことで、一枚のゲル膜中に異なる膨潤度が共存可能になるため、本構造色ゲルでは複数の色が一枚のゲル上に表現できるようになった。このゲルは、迅速な色変化を引き起こすことが可能なことから、様々な刺激に応答して構造色の迅速な二状態スイッチングを示す系が得られる。

Research Products

• [Journal Article] Thermally-Adjustable Multicolor Photochromic Hydrogel (2007)
  • Author(s): Matsubara, K., Watanabe, M., Takeoka, Y.
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. 46 Pages: 1688-1692
• [Journal Article] 二段階鋳型重合法を用いた温度応答型ゲル微粒子単層組織化膜の作製 (2007)
  • Author(s): 酒井崇匡, 竹岡敬和, 関 隆広, 吉田亮
  • Journal Title: 高分子論文集 64 Pages: 45-49
  • NAID: 10018503177
• [Journal Article] ゲルの体積相転移 (2007)
  • Author(s): 永山國昭, 竹岡敬和
  • Journal Title: 高分子 56 Pages: 26-27
• [Journal Article] Visualizing Conformations of Subchains by Creating Optical Wavelength-Sized Periodically Ordered Structure in Hydrogel (2006)
  • Author(s): Takeoka, Y., Seki, T.
  • Journal Title: Langmuir 22 Pages: 10223-10232
• [Journal Article] Preparations and optical properties of ordered arrays of submicron gel particles : Interconnected state and trapped state (2006)
  • Author(s): Kumoda, M., Watanabe, M., Takeoka, Y.
  • Journal Title: Langmuir 22 Pages: 4403-4407
• [Journal Article] Preparations and Optical Properties of Ordered Arrays of Submicron Gel Particles : Interconnected State and Trapped State (2006)
  • Author(s): Kumoda, M., Watanabe, M., Takeoka, Y.
  • Journal Title: Langmuir (印刷中)
• [Journal Article] コロイド結晶をテンプレートとした構造色ゲルの作製とセンサーデバイスへの応用 (2006)
  • Author(s): 竹岡敬和
  • Journal Title: ポリマーフロンティア21 (印刷中)
• [Journal Article] ゲル微粒子集積体の構築とその光学的挙動 (2006)
  • Author(s): 竹岡敬和
  • Journal Title: ケミカルエンジニアリング (印刷中)
• [Journal Article] 構造色ゲル (2005)
  • Author(s): 竹岡敬和
  • Journal Title: 高分子 54 Pages: 258-263
  • NAID: 10015580016
• [Journal Article] 構造色を示すゲル〜鋳型を用いたゲルの機能化〜 (2005)
  • Author(s): 竹岡敬和
  • Journal Title: 現代化学 412 Pages: 24-31
  • NAID: 40006811751
• [Journal Article] 発色性ゲルから観測される色の制御 (2005)
  • Author(s): 竹岡敬和
  • Journal Title: 化学工業 10 Pages: 53-57
• [Journal Article] Electro- and Thermo- chromic Hydrogel as Full-color Indicator
  • Author(s): Ueno, K., Matsubara, K., Watanabe, M., Takeoka, Y.
  • Journal Title: Adv. Mater (印刷中)
• [Book] 自然に学ぶ材料プロセッシング (2007)
  • Author(s): 竹岡敬和他
  • Total Pages: 370
  • Publisher: 三共出版
• [Book] 図解 高分子新素材のすべて (2005)
  • Author(s): 竹岡敬和
  • Publisher: 工業調査会