柔軟で稠密なπ機能素材“繊維状単結晶”を使用した高機能発光導波路の創製

• Project Area: pi-System Figuration: Control of Electron and Structural Dynamism for Innovative Functions
• Project/Area Number: 17H05171
• 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: 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群)
• Principal Investigator: 林 正太郎 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), 応用科学群, 講師 (00532954)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2018: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2017: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
• Keywords: エラスティック結晶 / π共役系分子 / メカノクロミズム / ウェーブガイド / 繊維構造結晶 / 発光 / 固体発光 / 弾性有機結晶 / 発光導破路 / 加工

Outline of Annual Research Achievements

エラスティック結晶と呼ばれるゴムのような可逆的bendingを可能にする新素材を「π共役系分子」から構成させることで、高いフレキシビリティーを有する光・電子機能素材を目指した。これにより、将来的なフレキシブル・ウェアラブルデバイス構築が期待できる。また、稠密な結晶構造の機械的な変形による「変調」を可能にさせるべく、開発したエラスティック結晶の詳細な分析を行った。加えて、ウェーブガイド現象についても明らかにするため、計測装置の作成とそれを利用したエラスティック結晶の解析を行った。
ウェーブガイド測定を可能にする装置開発を行った。顕微鏡とYAGレーザー、ファイバープローブを組み合わせ、結晶観察とレーザー導入によって得られたウェーブガイド発光をファイバープローブで検出できるようにセッティングした。装置性能と再現性を調べるために、シングルベンゼン型の発光生ブロック状結晶をターゲットとして実験を行った。これによって、レーザー導入位置から離れた箇所にあるウェーブガイド光を効果的に拾うことができた。検出光強度をプロットし、loss coeffient を算出し、いくつかの結晶で比較することで、再現性の取れる装置であることがわかった。
これを利用し、エラスティック結晶のウェーブガイド特性を検証した。分子末端にフルオロアレーンを有するπ共役系分子の結晶化によって新しいエラスティック結晶の開発に成功した。この結晶は高いbending柔軟性を有しており、何回でも曲げ戻しが可能であった。これを基盤上に固定し真っ直ぐの状態と曲げた状態でウェーブガイド現象を調べたところ、エラスティック結晶がフレキシブルでありながら効率的な光移動を可能にする素材であることが明らかになった。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] 2,5-Dimethoxybenzene-1,4-dicarboxaldehyde: An Emissive Organic Crystal and Highly Efficient Fluorescent Waveguide (2019)
  • Author(s): Shotaro Hayashi, Toshio Koizumi, Natsumi Kamiya
  • Journal Title: ChemPlusChem Volume: 84 Issue: 3 Pages: 247-251
  • DOI: 10.1002/cplu.201800597
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A A Versatile Scaffold for Facile Synthesis of Fluorescent Cyano-substituted Stilbenes (2019)
  • Author(s): Shotaro Hayashi, Minami Sakamoto, Fumitaka Ishiwari, Takanori Fukushima, Shin-ichi Yamamoto, Toshio Koizumi
  • Journal Title: Tetrahedron Volume: 75 Issue: 8 Pages: 1079-1084
  • DOI: 10.1016/j.tet.2019.01.012
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Facile Synthesis of ortho-Phenylene-Based Conjugated Polymers through Transformation of Cross-Conjugated Poly(2,3-diaryl[2]dendralene)s and their Optical Properties (2019)
  • Author(s): Toshio Koizumi, Tsuyoshi Kameda, Hironori, Saito, Ayumu Sato, Shotaro Hayashi
  • Journal Title: Journal of Polymer Science: Part A: Polymer Chemistry Volume: 57 Issue: 7 Pages: 827-832
  • DOI: 10.1002/pola.29333
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Simple Route to Unsymmetric Cyano-substituted Oligo(p-phenylene-vinylene)s (2018)
  • Author(s): Shotaro Hayashi, Ryosuke Hirai, Shin-ichi Yamamoto, Toshio Koizumi
  • Journal Title: Chemistry Letters Volume: 47 Issue: 8 Pages: 1003-1005
  • DOI: 10.1246/cl.180345
  • NAID: 130007430899
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Solvent Control over Supramolecular Gel Formation and Fluorescence for a Highly Crystalline π-Conjugated Polymer (2018)
  • Author(s): Shotaro Hayashi, Atsushi Takigami, Toshio Koizumi
  • Journal Title: Chemistry - An Asian Journal Volume: 13 Issue: 16 Pages: 2014-2018
  • DOI: 10.1002/asia.201800941
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electropolymerization of Dithieno[3,2-b:2',3'-d]arsole (2018)
  • Author(s): Hiroaki Imoto, Chieko Yamazawa, Shotaro Hayashi, Masami Aono, Kensuke Naka
  • Journal Title: ChemElectroChem Volume: 5 Issue: 22 Pages: 3357-3360
  • DOI: 10.1002/celc.201801069
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Polymer, Oligomeric and Cyclic Byproducts and Easy Separation of the Polymer (2018)
  • Author(s): Shotaro Hayashi, Shin-ichi Yamamoto, Toshio Koizumi
  • Journal Title: Materials Today Communications Volume: 18 Pages: 259-265
  • DOI: 10.1016/j.mtcomm.2018.09.008
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Creating Elastic Organic Crystals of π‐Conjugated Molecules with Bending Mechanofluorochromism and Flexible Optical Waveguide (2018)
  • Author(s): Shotaro Hayashi, Shun-ya Yamamoto, Daisuke Takeuchi, Yutaka Ie, Koji Takagi
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 57 Issue: 52 Pages: 17002-17008
  • DOI: 10.1002/anie.201810422
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mechanically Induced Shaping of Organic Single Crystals: Facile Fabrication of Fluorescent and Elastic Crystal Fibers (2018)
  • Author(s): Shotaro Hayashi, Toshio Koizumi
  • Journal Title: Chemistry - A European Journal Volume: 24 Issue: 34 Pages: 8507-8512
  • DOI: 10.1002/chem.201801965
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] From Propargylic Biscarbonate to Diaryl[n]dendralenes (2017)
  • Author(s): Shotaro Hayashi, Masakatsu Kasuya, Junsuke Machida, and Toshio Koizumi
  • Journal Title: Tetrahedron Letters Volume: 58 Issue: 25 Pages: 2429-2432
  • DOI: 10.1016/j.tetlet.2017.05.016
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fluorescent Organic Single Crystals with Elastic Bending Flexibility: 1,4-Bis(thien-2-yl)-2,3,5,6-tetrafluorobenzene Derivatives (2017)
  • Author(s): S. Hayashi, A. Asano, N. Kamiya, Y. Yokomori, T. Maeda, T. Koizumi
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 7 Issue: 1 Pages: 9543-9543
  • DOI: 10.1038/s41598-017-09848-0
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Synthesis of π-Conjugated Network Polymers Based on Fluoroarene and Fluorescent Units via Direct Arylation Polycondensation and Their Porosity and Fluorescent Properties (2017)
  • Author(s): Shotaro Hayashi, Yuki Togawa, Shin-Ichi Yamamoto, Toshio Koizumi, Koji Nishi, Atsushi Asano
  • Journal Title: Journal of Polymer Science: Part A: Polymer Chemistry Volume: 55 Issue: 23 Pages: 3862-3867
  • DOI: 10.1002/pola.28770
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Elastic Bending Flexibility of Fluorescent Organic Single Crystal: New Aspects of Commonly Used Building Block “4,7-Dibromo-2,1,3-benzothiadiazole” (2017)
  • Author(s): S. Hayashi, T. Koizumi, K. Kamiya
  • Journal Title: Crystal Growth & Design Volume: 17 Issue: 12 Pages: 6158-6162
  • DOI: 10.1021/acs.cgd.7b00992
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 柔軟で稠密なπ造形システム～ Elastic Organic Crystals of π -Conjugated Molecules～ (2019)
  • Author(s): 林 正太郎
  • Organizer: 熊本大学講演会
  • Invited
• [Presentation] 柔軟で稠密なπ造形システム～ Elastic Organic Crystals of π -Conjugated Molecules～ (2019)
  • Author(s): 林 正太郎
  • Organizer: 2019年産業科学研究所ナノテクセンター 若手セミナー
  • Invited
• [Presentation] 柔軟で稠密なπ造形システム～ Elastic Organic Crystals of π -Conjugated Molecules～ (2019)
  • Author(s): 林 正太郎
  • Organizer: 北海道大学講演会
  • Invited
• [Presentation] 柔軟で稠密なπ造形システム～Elastic Organic Crystals of π-Conjugated Molecules～ (2018)
  • Author(s): 林 正太郎
  • Organizer: 物質科学セミナー@筑波大学
  • Invited
• [Presentation] 発光性エラスティック結晶～結晶工学を基盤としたπ系繊維材料設計～ (2018)
  • Author(s): 林 正太郎
  • Organizer: CSJ化学フェスタ
  • Invited
• [Presentation] 直接的アリール化反応を駆使したπ共役系高分子の構造制御 (2018)
  • Author(s): 林 正太郎
  • Organizer: 信州大学講演会
  • Invited
• [Presentation] Elastic Crystals of π-Conjugated Molecules ～柔軟で稠密なπ造形システムの実現と光電気デバイスへの展開～ (2018)
  • Author(s): 林 正太郎
  • Organizer: 信州大学講演会
  • Invited
• [Presentation] Elastic organic crystals of π-conjugated molecules: Anisotropic densely packed supramolecular 3D polymers gain mechanical flexibility and shape tuning (2018)
  • Author(s): Shotaro Hayashi
  • Organizer: 1st G’L’owing Polymer Symposium in KANTO
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Elastic Organic Crystal based on Fluorescent Molecule (2018)
  • Author(s): Shotaro Hayashi
  • Organizer: International Congress on Pure & Applied Chemistry (ICPAC) 2018
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 弾性有機単結晶：稠密で柔軟な新素材の開発 (2017)
  • Author(s): 林 正太郎
  • Organizer: 第21回アンビエント技術研究会
  • Invited
• [Presentation] Elastic π：柔軟で稠密なπ造形システム (2017)
  • Author(s): 林 正太郎
  • Organizer: 名古屋工業大学講演会
  • Invited
• [Book] 次世代のポリマー・高分子開発 ～新しい用途展開と将来展望～ (2019)
  • Author(s): 林 正太郎
  • Total Pages: 11
  • Publisher: 株式会社 技術情報協会
• [Remarks] 研究室ホームページ
  • URL: https://s1016forest.wixsite.com/labo