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Morphology control of silver dendrites grown under light and study of their optical functions

Research Project

Project/Area Number 23K26574
Project/Area Number (Other) 23H01881 (2023)
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund (2024)
Single-year Grants (2023)
Section一般
Review Section Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
Research InstitutionOkayama University

Principal Investigator

武安 伸幸  岡山大学, 環境生命自然科学学域, 准教授 (90373323)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 紀和 利彦  岡山大学, ヘルスシステム統合科学学域, 教授 (00379710)
庄司 暁  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (20437370)
大久保 貴広  岡山大学, 環境生命自然科学学域, 教授 (30385554)
狩野 旬  岡山大学, 環境生命自然科学学域, 准教授 (50375408)
Project Period (FY) 2023-04-01 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥18,330,000 (Direct Cost: ¥14,100,000、Indirect Cost: ¥4,230,000)
Fiscal Year 2025: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2024: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2023: ¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000)
Keywords銀樹状構造 / 自己成長
Outline of Research at the Start

本研究では,光照射下で成長する銀樹状構造について,その作製条件と形状・サイズとの関係を明らかにする.新しく得られた知見に基づき,フラクタル形状を特徴付ける「フラクタル次元」と「世代数」が制御された銀樹状構造を光照射下で成長させることのできる大面積加工技術を確立する.さらに,フラクタル次元と世代数の揃った銀樹状構造を用いて,可視からテラヘルツ波といった広帯域においてフラクタル形状に特徴的な光学応答を探究する.

Outline of Annual Research Achievements

本研究では,光照射下で成長する銀樹状構造について,その作製条件と形状・サイズとの関係を明らかにする.新しく得られた知見に基づき,フラクタル形状を特徴付ける「フラクタル次元」と「世代数」が制御された銀樹状構造を光照射下で成長させることのできる大面積加工技術を確立する.さらに,フラクタル次元と世代数の揃った銀樹状構造を用いて,可視からテラヘルツ波といった広帯域においてフラクタル形状に特徴的な光学応答を探究する.
初年度は,新たに青,緑,赤,近赤外CWレーザーを購入し,光を照射しながら銀樹状構造を成長させることのできる光学系を構築した.本光学系を用いて,照射光強度を変えながらナノプレートをシードとして用い,緑レーザー照射下で銀樹状構造を成長させたところ,フラクタル次元の低い構造や2本の枝が並走するように伸びた構造などが見られた.また初年度は,銀樹状構造の観察や光学的性質を評価するために必要となる基盤技術も研究した.置換めっきを利用して,銀樹状構造を金樹状構造へと変換する技術や銀樹状構造表面をシリカ薄膜で被覆する技術を開発した.これらの技術は表面増強ラマン散乱(SERS)応用に有効である.SERS計測の高感度化についても検討した.1体の銀樹状構造で532 nmと785 nmの励起波長を用いてSERSマッピングを測定して波長の違いによる増強電場の分布の違いを観測したり,アミノ酸のSERSスペクトル形状変化についても検討した.銀樹状構造のテラヘルツ域での光学応答を調べるために,銀樹状構造をPMMAに包埋する技術を開発した.銀樹状構造をPMMAに包埋することにより,個々の構造が凝集することなく,分散した状態でテラヘルツ光の透過率を測定できる.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

光による銀樹状構造の成長については,従来の濃度では析出した銀の量が多過ぎて,光が溶液中を照射できなくなるため,適切な濃度を見つける必要があった.また,銀樹状構造の形状観察では,構造1体の電子顕微鏡像を取得する必要がある.そのためには,作製した銀樹状構造の凝集を回避する必要があるが,多くの場合,銀樹状構造が重なり合ったものが観測される.現在,1体の銀樹状構造を効率よく観察する手法を模索している.

Strategy for Future Research Activity

溶液中で成長した銀樹状構造1体を観察できる手法を模索する.現在,遠心分離や超音波を利用する手法や金属の基板を用いる,或いは金属基板にシードを植え付ける手法などを試している.
光照射下における自己成長については,今年度,青,赤レーザー照射も試し,成長する銀樹状構造の形状を比較する.さらに,そのような構造が光照射領域全体に成長することを確認する.その際,シードの濃度や種類依存性についても調査する.また,銀樹状構造のどこにどの光が結合するか,光硬化性樹脂やラマンマッピングを用いて調査する.フラクタル次元の異なる銀樹状構造を作製し,そのテラヘルツ光学応答を調査する.また,金樹状構造への変換や銀樹状構造表面における光化学反応についても引き続き調査する.

Report

(1 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • Research Products

    (18 results)

All 2024 2023

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Coating silver tree-like fractal structure with silica layer for inhibiting chemical reactions of analytes in surface-enhanced Raman scattering2023

    • Author(s)
      Hiroya Watanabe, Yurin Hishii, Kanna Kishimoto, Kohei Nogami, Qingyuan Ma, Tomoya Niki, Tomoki Kotani, Toshihiko Kiwa, Satoru Shoji, Takahiro Ohkubo, Jun Kano, Nobuyuki Takeyasu
    • Journal Title

      Physica Status Solidi A

      Volume: 220 Issue: 20

    • DOI

      10.1002/pssa.202300085

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      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 銀フラクタル樹状構造の自己成長と表面増強ラマン分光応用2023

    • Author(s)
      武安伸幸,狩野 旬,大久保 貴広,紀和 利彦,馬 慶源,庄司 暁
    • Journal Title

      フォトニクスニュース(フォトニクス分科会)

      Volume: 9 Pages: 83-87

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      S. Nakajima, N. Ishihara, and S. Shoji
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      SPIE Photonics West 2024
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  • [Presentation] Microfluidics for optical sorting of micro/nano particles2024

    • Author(s)
      X. Sima, K. Taniuchi, T. Nisisako, and S. Shoji
    • Organizer
      SPIE Photonics West 2024
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  • [Presentation] Enhancing molecular detection with hollow optical waveguide surface-enhanced Raman scattering substrates2024

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      Q. Ma, K. Minoshima, N. Takeyasu, and S. Shoji
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      SPIE Photonics West 2024
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      馬慶源、庄司暁、武安伸幸
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      司馬笑雲、庄司暁
    • Organizer
      第44回レーザー学会学術講演会
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    • Author(s)
      武安伸幸
    • Organizer
      ナノフォトンセミナー
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    • Invited
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      若槻啓悟,武安伸幸
    • Organizer
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      本田一志,武安伸幸
    • Organizer
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
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  • [Presentation] 銀フラクタル樹状構造の自己成長と光学応答2023

    • Author(s)
      武安伸幸,菱井有莉,並木潮美,若槻啓悟,渡部紘也,羽根泰良,馬慶源,本田一志,田中宏弥,狩野旬,大久保貴広,庄司暁, 紀和利彦
    • Organizer
      第74回コロイドおよび界面化学討論会
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      羽根泰良、武安伸幸、大久保貴広
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      第74回コロイドおよび界面化学討論会
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      田中宏弥,武安伸幸,王璡,紀和利彦
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      2023年度 応用物理・物理系学会 中国四国支部 合同学術講演会
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      馬慶源、庄司暁
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    • Author(s)
      司馬笑雲、庄司暁
    • Organizer
      第74回コロイドおよび界面化学討論会
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    • Author(s)
      中島彩、石原夏葉、庄司暁
    • Organizer
      第74回コロイドおよび界面化学討論会
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  • [Patent(Industrial Property Rights)] ラマン分光装置、キャピラリーチューブ、 及びキャピラリーチューブの作製方法2023

    • Inventor(s)
      庄司 暁、武安伸幸
    • Industrial Property Rights Holder
      庄司 暁、武安伸幸
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2023-172329
    • Filing Date
      2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report

URL: 

Published: 2023-04-18   Modified: 2024-12-25  

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