2012 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Photo- and Magneto-functional Polymer Materials containing Lanthanide Element-blocks
| Project Area | Creation of Element-Block Polymer Materials |
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| Project/Area Number |
24102012
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
長谷川 靖哉 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80324797)
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| Project Period (FY) |
2012-06-28 – 2017-03-31
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| Keywords | 高分子 / 光機能 / 希土類 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
金属元素が規則的に配列した金属元素ブロックは、金属イオン単独とは異なる興味深い光・電気・磁気特性を示す。この金属元素ブロックを三次元的に空間制御および分子レベルで機能化することで、従来の無機材料や高分子材料を超えた新領域の機能物質を構築できる。本研究では、特異的な光磁気機能発現が期待される磁性金属元素ブロックを高分子中で三次元空間制御することで、従来の光磁気機能物質の性能を凌駕する新型高分子の創成を検討した。
具体的には、磁性金属元素ブロックとしてユーロピウムから構成されるEuSナノ構造体（EuX元素ブロック）の光磁気機能を増大させるために、元素ブロック含有ポリマーに常磁性の遷移金属金属イオン（鉄(II)イオン、マンガン(II)イオン、コバルト(II)イオン）ドープを試みた。EuX元素ブロック中への鉄イオン、マンガンイオン、およびコバルトイオンの導入に関しては、XRDのシグナルシフト（格子定数の変化）により評価した。金属イオンのドープ量はICP-AESにより評価した。遷移金属イオンをドープしたEuX元素ブロックを含むポリマーの光磁気効果測定を行ったところ、ファラデー回転角の大きな増大を観測した。さらに、この光磁気効果増大は常磁性金属イオンをドープしたことによる交換相互作用の発現に起因していることがESR測定により明らかになった。このことから、EuX元素ブロックの光磁気機能増大には磁気的な相互作用が有効でることがわかった。
以上、遷移金属イオンの導入によるEuX元素ブロックを含むポリマーの光磁気特性向上に成功した。その研究成果を論文にまとめて学術論文誌J.Am.Chem.Soc.に投稿し、採択された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究計画の大きな一つの柱であったEuX元素ブロックへの常磁性金属イオンの導入を初めて試み、EuX元素ブロックの中に導入できていることを立証した。さらに、常磁性金属イオンの導入を行ったEuX元素ブロックポリマー薄膜のの光磁気機能増大にも成功し、その機能増大メカニズムは研究計画段階で予想された磁気的な交換相互作用が原因であることを確かめることができた。
以上のことから、研究計画に上げている大きな目標の一つを着実に成果に結びつけることできたことから、本研究は当初の研究目的に関しておおむね順調に進展していると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
EuX元素ブロック高分子を合成するためは、正確に粒子サイズが制御されたEuXおよび機能性連結分子を合成する必要がある。初年度ではEuX元素ブロックのサイズ制御と連結分子による高分子合成を行う。
具体的には、EuX元素ブロックの連結と新しい光機能付与をおこなうため、ナフタレンを含むアルカンジチオールを合成する。その合成は、シヒドロキソナフタレンとジチオールとの反応を検討する。アルキル鎖長はn＝２および１０のものを検討し、ナフタレン部位はフェナジンなどの窒素が導入された芳香族系分子の検討も行う。
EuX元素ブロック高分子の合成と同定：得られたEuX元素ブロックと連結分子を用いて、EuX元素ブロック高分子の合成を行う。合成溶媒にはトルエンを用い、EuX元素ブロックと連結分子を加熱還流することで合成を行う。化合物同定は、XRD、NMR、元素分析にて行う。高分子の三次元構造についてはSEMにより観察し、高分子の電子状態は近赤外吸収スペクトルにて評価する。
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| Remarks |
「研究内容」の中の「研究成果」に研究実績を掲載
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