ボトムアップ手法によるメタ原子集積体の自動形成

• Project Area: Electromagnetic Metamaterials
• Project/Area Number: 23109502
• 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: 藪 浩 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (40396255)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥8,840,000 (Direct Cost: ¥6,800,000、Indirect Cost: ¥2,040,000); Fiscal Year 2012: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2011: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
• Keywords: メタ原子 / ブロック共重合体 / 逆オパール / ボトムアップ / メタ原

Outline of Annual Research Achievements

可視光における３次元共振型メタマテリアルを実現するためには、(1)可視光と共振できるプラズモニックな材料で作られたサブ波長サイズの共振器、(2)高い共振値を得られる分割リング共振器（SRR）などの共振器デザイン、および(3)(1)・(2)によって得られる「メタ原子」の３次元的なアレイの３点が必要である。
本研究ではコロイド粒子を鋳型とした逆オパール中に金属イオンを錯化したブロック共重合体を包埋し、ブロック共重合体微粒子の集積体を形成した後、金属イオンを還元するボトムアップ手法により、cmオーダーサイズのメタ原子集積体を自動形成することを目的とした。
コロイド結晶を鋳型とすることで形成される逆オパール構造を鋳型とし、その空孔内にブロック共重合体とポリマー被覆金ナノ粒子をキャスト製膜する事により、空孔内に同心球状のミクロ相分離構造を形成し、金ナノ粒子が相分離構造に沿って配列したコンポジット膜の形成に成功した。
さらにコロイド微粒子と金ナノ粒子を同一の水分散液に混合し、塗布製膜する事で、コロイド粒子同士がつながった部分の周囲に金ナノ粒子が毛管力で凝集し、結果としてリング状の構造が形成される事を見いだした。金ナノ粒子リングはコロイド粒子同士の結合点に自動的に形成されるため、三次元的に金ナノ粒子リングが配列したコンポジット膜が形成された。このコンポジット膜を加熱する事により、金ナノ粒子同士を融着することで、金ナノリングの形成にも成功した。
以上の結果から、ボトムアップ手法を用いて、メタ原子集積体の自動形成を実現した。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Bottom-up Approach to Creating Three-Dimensional Nanoring Arrays Composed of Au Nanoparticles (2013)
  • Author(s): H. Yabu
  • Journal Title: Langmuir Volume: 29(4) Issue: 4 Pages: 1005-1009
  • DOI: 10.1021/la305028t
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nanoparticle Arrangements in Block-copolymer Particles Having Microphase Separated Structures (2011)
  • Author(s): H.Yabu, K.Koike, T.Higuchi, M.Shimomura
  • Journal Title: Journal of Polymer Science : Part B : Polymer Physics Volume: 49 Issue: 24 Pages: 1717-1722
  • DOI: 10.1002/polb.22374
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Black Thin Layers Generate Strong Structural Colors ; A Biomimetic Approach for Creating One-dimensional (1D) Photonic Crystals (2011)
  • Author(s): H.Yabu, T.Nakanishi, Y.Hirai, M.Shimomura
  • Journal Title: Journal of Materials Chemistry Volume: 21 Issue: 39 Pages: 15154-15156
  • DOI: 10.1039/c1jm13094c
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 高分子微粒子の中にナノ構造を作り込む (2012)
  • Author(s): 藪浩
  • Organizer: 第37回山形大学有機デバイス研究センター研究会
  • Place of Presentation: 山形
  • Invited
• [Presentation] メタマテリアルの自己組織的作製 (2011)
  • Author(s): 藪浩
  • Organizer: トップダウンとボトムアップの融合によるナノ構造の作製と新機能発現
  • Place of Presentation: 東京(招待講演)
  • Year and Date: 2011-10-18
• [Presentation] 自己組織化による高分子微粒子の作製と有機-無機ハイブリッドへの展開 (2011)
  • Author(s): 藪浩
  • Organizer: 化学系学協会東北大会
  • Place of Presentation: 仙台(招待講演)
  • Year and Date: 2011-09-17
• [Presentation] 自己組織化による高分子微細構造の作製 (2011)
  • Author(s): 藪浩
  • Organizer: 高分子学会北海道支部夏季セミナー
  • Place of Presentation: 洞爺湖(招待講演)
  • Year and Date: 2011-08-25
• [Presentation] ナノ構造を持つ高分子微粒子の作製と有機-無機ハイブリッド構造体への展開 (2011)
  • Author(s): 藪浩
  • Organizer: 高分子学会九州支部若手研究会
  • Place of Presentation: 小倉(招待講演)
  • Year and Date: 2011-07-08
• [Remarks] Welcome to HY's HP of Dr. Hiroshi Yabu's Homepage
  • URL: http://poly.tagen.tohoku.ac.jp/yabu_homepage/hiroshi.html