環状シロキサンを元素ブロックとしたハイブリッドネットワークポリマー薄膜の構築

• Project Area: Creation of Element-Block Polymer Materials
• Project/Area Number: 15H00719
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 三ツ石 方也 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (70333903)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000); Fiscal Year 2016: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000); Fiscal Year 2015: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
• Keywords: 環状シロキサン / 元素ブロック / ヒドロシリル化反応 / ハイブリッド / 高分子合成 / 高分子構造・物性 / 構造・機能材料

Outline of Annual Research Achievements

シリル基で保護されたカテコール誘導体と4官能性環状シロキサンと2官能性ジメチルシロキサンモノマーからなる環状シロキサンポリマーとのヒドロシリル化反応を検討したところ、未反応のSi-H基の約90％がカテコール誘導体に置換されることがわかった。塩酸処理による脱保護を施すことでカテコール含有環状シロキサンポリマーが得られた。このポリマーのトルエン溶液を調製し、様々な基板を溶液に浸漬したところ、ガラス基板や金属板などの硬い基板からPMMA、PETなどの柔らかい基板まで均一にコーティングすることができた。膜厚は約30 nmであった。このポリマー薄膜を銀ナノ粒子水溶液に浸漬すると、銀ナノ粒子がポリマー薄膜上に均一に吸着した 。銀ナノ粒子の吸着量は銀ナノ粒子水溶液濃度により調整可能である。銀ナノ粒子の吸着について、テープを用いた剥離試験では脱着は確認されなかった。このコーティングを用い表面増強ラマン散乱を検討した。532 nmを光源とした顕微分光測定では最大10<super>7</super>の増強度が得られた(A01班渡辺明グループとの共同研究)。これは90%に及ぶ置換率によってカテコールが導入された環状シロキサンポリマーが銀ナノ粒子の高密度集積を可能とし、銀ナノ粒子間の”HOT SPOT”をもたらす結果達成されたと考えられる。交互吸着に基づく簡単な作製方法でありながら、ラマン活性分子p-amino thiophenolに対して10-15mol/cmの検出感度を達成しており、PMMA基板上に環状シロキサンポリマーと銀ナノ粒子のコーティングを行うことで果物表面での表面増強ラマン散乱検出を実証するなどフレキシブル基板による表面ラマン散乱センシングの可能性を示すことができた。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] In-plane oriented highly ordered lamellar structure formation of poly(N-dodecylacrylamide) induced by humid annealing (2017)
  • Author(s): Yuki Hashimoto, Takuma Sato, Ryosuke Goto, Yuki Nagao, Masaya Mitsuishi, Shusaku Nagano and Jun Matsui
  • Journal Title: RSC Advances Volume: 7 Issue: 11 Pages: 6631-6635
  • DOI: 10.1039/c6ra27994e
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A versatile platform of catechol-functionalized polysiloxanes for hybrid nanoassembly and in situ surface enhanced Raman scattering applications (2016)
  • Author(s): Yida Liu, Ali Demirci, Huie Zhu, Jinguang Cai, Shunsuke Yamamoto, Akira Watanabe, Tokuji Miyashita, and Masaya Mitsuishi
  • Journal Title: Journal of Materials Chemistry C Volume: 7 Issue: 38 Pages: 8903-8910
  • DOI: 10.1039/c6tc02963a
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Multimodal underwater adsorption of oxide nanoparticles on catechol-based polymer nanosheets (2016)
  • Author(s): Shunsuke Yamamoto, Shun Uchiyama, Tokuji Miyashita, and Masaya Mitsuishi
  • Journal Title: Nanoscale Volume: 8 Issue: 11 Pages: 5912-5919
  • DOI: 10.1039/c5nr08739b
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Nanoscale Deposition of Metal Organic Framework Films on Polymer Nanosheets (2016)
  • Author(s): Hiroaki Ohara, Shunsuke Yamamoto, Tsunenobu Onodera, Hitoshi Kasai, Hidetoshi Oikawa, Tokuji Miyashita, and Masaya Mitsuishi
  • Journal Title: RSC Advances Volume: 6 Issue: 78 Pages: 74349-74353
  • DOI: 10.1039/c6ra17997e
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Highly Oriented Poly(vinylidene fluoride-co-trifluoroethylene) Ultrathin Films with Improved Ferroelectricity (2016)
  • Author(s): Huie Zhu, Shunsuke Yamamoto, Jun Matsui, Tokuji Miyashita, and Masaya Mitsuishi
  • Journal Title: RSC Advances Volume: 6 Issue: 38 Pages: 32007-32012
  • DOI: 10.1039/c6ra03785b
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Angle-resolved X-ray photoelectron spectroscopy study of poly(vinylidene fluoride)/poly(Ndodecylacrylamide) Langmuir&#8211;Blodgett nanofilms (2016)
  • Author(s): Huie Zhu, Yu Gao, Shunsuke Yamamoto, Tokuji Miyashita, and Masaya Mitsuishi
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 55 Issue: 3S2 Pages: 03DD11-03DD11
  • DOI: 10.7567/jjap.55.03dd11
  • NAID: 210000146199
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Asymmetric Ferroelectric Switching Based on an Al/PVDF Langmuir-Blodgett Nanofilm/PEDOT:PSS/Al Device (2015)
  • Author(s): Huie Zhu, Shunsuke Yamamoto, Jun Matsui, Tokuji Miyashita, and Masaya Mitsuishi
  • Journal Title: Molecular Crystals and Liquid Crystals Volume: 618(1) Issue: 1 Pages: 89-94
  • DOI: 10.1080/15421406.2015.1075821
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Self-assembly of Amphiphilic POSS Anchoring a Short Organic Tail with Uniform Structure (2015)
  • Author(s): Misaki Takeda, Keita Kuroiwa, Masaya Mitsuishi, and Jun Matsui
  • Journal Title: Chemistry Letters Volume: 44(11) Issue: 11 Pages: 1560-1562
  • DOI: 10.1246/cl.150680
  • NAID: 130005108070
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] High Proton Conductivity in the Molecular Interlayer of a Polymer Nanosheet Multilayer Film (2015)
  • Author(s): T. Sato, Y. Hayasaka, M. Mitsuishi, T. Miyashita, S. Nagano, J. Matsui
  • Journal Title: Langmuir Volume: 31 Issue: 18 Pages: 5174-5180
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.5b00036
  • Peer Reviewed
• [Presentation] RAFT重合を利用したシルセスキオキサン誘導体を有するブロック共重合体の合成 (2016)
  • Author(s): 石崎裕也, 山本俊介, 宮下徳治, 三ツ石方也
  • Organizer: 第16回東北大学多元物質科学研究所研究発表会
  • Place of Presentation: 東北大学(宮城県仙台市)
  • Year and Date: 2016-12-07
• [Presentation] 酸化シリコン系化合物を元素ブロックとした有機無機ハイブリッド材料 (2016)
  • Author(s): 三ツ石 方也
  • Organizer: 第5回島津新素材セミナー2016
  • Place of Presentation: 早稲田大学(東京都新宿区)
  • Year and Date: 2016-11-25
  • Invited
• [Presentation] 環状シロキサン系ハイブリッド材料の開発 (2016)
  • Author(s): 三ツ石方也
  • Organizer: 第5回島津新素材セミナー2016
  • Place of Presentation: 早稲田大学(東京都新宿区)
  • Year and Date: 2016-11-25
• [Presentation] RAFT 重合を用いたシルセスキオキサン誘導体を有する共重合体の合成 (2016)
  • Author(s): 石崎 裕也, 山本 俊介, 宮下 徳治, 三ツ石 方也
  • Organizer: 2016高分子学会東北支部研究発表会
  • Place of Presentation: 山形大学(山形県米沢市)
  • Year and Date: 2016-11-10
• [Presentation] Hybrid Nanoassemblies of Catechol-functionalized Cyclosiloxane Polymers for Optoelectronic Device Applications (2016)
  • Author(s): Masaya Mitsuishi, Yida Liu, Ali Demirci, Huie Zhu, Shunsuke Yamamoto, Tokuji Miyashita
  • Organizer: 14th International Conference on Frontiers of Polymers and Advanced Materials
  • Place of Presentation: Korea（Seoul)
  • Year and Date: 2016-10-31
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Flexible UV detector application using catechol functionalized polysiloxanes (2016)
  • Author(s): Yida Liu, Huie Zhu, Shunsuke Yamamoto, Tokuji Miyashita, Masaya Mitsuishi
  • Organizer: 第65回高分子討論会
  • Place of Presentation: 神奈川大学(神奈川県横浜市)
  • Year and Date: 2016-09-14
• [Presentation] Amphiphilic Cyclosiloxane as a Versatile Building Block for Functional 2D and 3D Assemblies (2016)
  • Author(s): Huie Zhu, Buket Akkus, Yida Liu, Yu Gao, Shunsuke Yamamoto, Jun Matsui, Tokuji Miyashita, Masaya Mitsuishi
  • Organizer: 第65回高分子討論会
  • Place of Presentation: 神奈川大学(神奈川県横浜市)
  • Year and Date: 2016-09-14
• [Presentation] 環状シロキサン系ハイブリッドポリマー薄膜の構築 (2016)
  • Author(s): 三ツ石方也,朱慧娥, 山本俊介, 宮下徳治
  • Organizer: 日本セラミックス協会第29回秋季シンポジウム
  • Place of Presentation: 広島大学(広島県東広島市)
  • Year and Date: 2016-09-07
  • Invited
• [Presentation] シルセスキオキサン誘導体を含有するブロック共重合体の作製 (2016)
  • Author(s): 石崎 裕也, 山本 俊介, 宮下 徳治, 三ツ石 方也
  • Organizer: 第44回東北地区高分子若手研究会夏季ゼミナール
  • Place of Presentation: さるか荘(青森県平川市)
  • Year and Date: 2016-08-09
• [Presentation] 強誘電性高分子ナノシートの電子デバイスへの応用 (2016)
  • Author(s): 三ツ石方也
  • Organizer: 新学術領域元素ブロック高分子 光・電子材料／デバイス分科会
  • Place of Presentation: 東北大学(宮城県仙台市)
  • Year and Date: 2016-06-03
• [Presentation] Organic Ferroelectric/Semi-Conductive Hybrid Films towards Resistive Nonvolatile Memory Applications (2016)
  • Author(s): Huie Zhu, Shunsuke Yamamoto, Jun Matsui, Tokuji Miyashita, Masaya Mitsuishi
  • Organizer: 弟65回高分子学会年次大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場(兵庫県神戸市)
  • Year and Date: 2016-05-25
• [Presentation] Non-Volatile Memories Fabricated with Organic Hybrid Nanofilms (2016)
  • Author(s): Huie Zhu, Shunsuke Yamamoto, Tokuji Miyashita and Masaya Mitsuishi
  • Organizer: Focus on Microscopy
  • Place of Presentation: Taipei, Taiwan
  • Year and Date: 2016-03-20
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 交互吸着法による高分子ナノシート上への金属有機構造体の構築 (2016)
  • Author(s): 大原浩明、山本俊介、小野寺恒信、笠井均、及川英俊、宮下徳治、三ツ石方也
  • Organizer: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東工大(目黒区)
  • Year and Date: 2016-03-19
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Facile Catechol-based Composite Thin Film Coating: An Effectibe SERS Sensor (2016)
  • Author(s): Yida Liu, Ali Demirci, Huie Zhu, Shunsuke Yamamoto,Jingguang Cai, Akira Watanabe, Tokuji Miyashita and Masaya Mitsuishi
  • Organizer: CEMS International Symposium on Supramolecular Chemistry & Functional Materials 2016
  • Place of Presentation: The University of Tokyo (Bunkyo-ku)
  • Year and Date: 2016-01-13
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Hybrid network polymer films of multifunctional cyclosiloxane building blocks (2015)
  • Author(s): Masaya Mitsuishi, Ali Demirci, Yida Liu, Shunsuke Yamamoto, Jun Matsui, Tokuji Miyashita
  • Organizer: The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
  • Place of Presentation: Hawaii, USA
  • Year and Date: 2015-12-15
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Silsesquioxane Nanosheet Assembly for Ultrathin SiO2 Film Formation (2015)
  • Author(s): Masaya Mitsuishi, Takahisa Kitanaka, Shunsuke Yamamoto, Tokuji Miyashita
  • Organizer: IUPAC 11th International Conference on Advanced Polymers via Macromolecular Engineering
  • Place of Presentation: Pacifico Yokohama (Yokohama)
  • Year and Date: 2015-10-18
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Presentation Title: Ferroelectric Poly(vinylidene fluoride) Langmuir-Blodgett Nanofilms for Nanoelectronic Device Applications (2015)
  • Author(s): Masaya Mitsuishi, Huie Zhu, Shunsuke Yamamoto, Jun Matsui, and Tokuji Miyashita
  • Organizer: 2015 KJF International Conference on Organic Materials for Electronics and Photonics
  • Place of Presentation: Jeju, Korea
  • Year and Date: 2015-09-06
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Preparation and Luminescence Properties of Hybrid Polymer Films Based on Multifunctional Cyclosiloxanes (2015)
  • Author(s): Ali Demirci, Shunsuke Yamamoto, Jun Matsui, Tokuji Miyashita, and Masaya Mitsuishi
  • Organizer: The 11th Korea-Japan Symposium on Frontier Photoscience (KJFP2015)
  • Place of Presentation: Jeju, Korea
  • Year and Date: 2015-06-26
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 環状シロキサンを用いたハイブリッド高分子薄膜の構築 (2015)
  • Author(s): 三ツ石方也
  • Organizer: 高分子・ハイブリッド材料研究センター2015PHyMシンポジウム
  • Place of Presentation: 東北大(仙台)
  • Year and Date: 2015-06-17
  • Int'l Joint Research
• [Book] 元素ブロック高分子―有機・無機ハイブリッド材料の新概念―, 弟6章 環状・カゴ状元素ブロック 5. 環状シロキサンを用いた有機・無機ハイブリッド材料 (2015)
  • Author(s): 三ツ石方也, Ali Demirci, 山本 俊介, 宮下 徳治
  • Publisher: シーエムシー出版
• [Remarks]
  • URL: http://www2.tagen.tohoku.ac.jp/lab/mitsuishi/
• [Remarks]
  • URL: http://www.tagen.tohoku.ac.jp/labo/mitsuishi/
• [Remarks] 東北大学多元物質科学研究所 高分子ハイブリッドナノ材料研究分野
  • URL: http://www2.tagen.tohoku.ac.jp/lab/mitsuishi/