2015 Fiscal Year Annual Research Report
有機ナノ結晶の協同的光反応ダイナミクスとメカニズム
| Project Area | Application of Cooperative-Excitation into Innovative Molecular Systems with High-Order Photo-functions |
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| Project/Area Number |
26107011
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
朝日 剛 愛媛大学, 理工学研究科, 教授 (20243165)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石橋 千英 愛媛大学, 理工学研究科, 助教 (10506447)
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| Project Period (FY) |
2014-07-10 – 2019-03-31
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| Keywords | ナノ結晶 / 有機結晶 / 固相光反応 / 高強度レーザー / 結晶相変化 / 時間分解分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、複数分子の光励起によって初めて誘起される協同的反応・構造変化として、構造相転移型固相重合反応と高密度励起光反応に着目し、100nmサイズのナノ結晶について研究を進めている。
①ジアセチレンナノ結晶の光重合過程：ジアセチレン誘導体ナノ結晶コロイドの定常紫外光による重合過程について、励起光強度依存性、温度依存性、結晶サイズ・形状効果を詳細に検討した。その結果、ナノ結晶の構造相転移型固相重合において、モノマー結晶中に生成したポリマーによる格子歪が重要な因子であり、ポリマーの生成量および生成速度に依存した格子歪の蓄積・増大と緩和のバランスによって結晶全体の重合過程が支配されることを明らかにした。
②高強度パルスレーザー誘起相変化：時間分解分光法を駆使し、水中に分散した有機微結晶のパルスレーザーによるの光加熱・融解・冷却のダイナミクスを直接測定することを可能とした。高密度励起時の固体中の光熱変換過程を解析するための、数値シミュレーションモデルを構築し、実験結果を半定量的に説明することができた。
③高密度励起フォトクロミック反応：共同研究として、ジアリールエテン誘導体ナノ粒子の多光子開環反応を検討した。ナノ秒パルス励起において、溶液中分子では観測されない、励起強度に対する反応効率の非線形な増大をナノ粒子でのみ観測した。これは、新しいタイプの多光子光反応であり、高密度に生成した閉環体励起状態間相互作用により生成した高位励起状態からの開環反応が起こっていることを示唆するものであると考えている。
④フェムト秒顕微分光装置の開発：昨年度から開発してきた顕微分光装置の高感度化、高精度化を行い、単一有機ナノ結晶のフェムト秒過渡吸収分光測定に成功し、励起状態緩和過程の結晶サイズ依存性を議論した。領域内の共同研究として、クムレン系化合物の結晶励起状態ダイナミクスの解析を行った。
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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
構造相転移型固相重合反応と高密度励起光反応ともに、当初計画していた研究実施内容のうち、光源として定常紫外光、ナノ秒レーザーパルスを用いた実験については順調に進めることができた。興味深い実験事実はいくつも観測されたが、観測された現象・結果が当初の予想よりかなり複雑なものも多く、再現性の検証やより高精度な実験が必要であり、論文化および目標とする研究成果に至っていない課題がある。一方で、当初想定しない研究成果として、高強度レーザーパルスによる新しいタイプの多光子光反応や新規有機ナノ構造の創成などが得られている。また、新学術領域としての重要な共同研究にも積極的に取り組むことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の研究計画に沿って研究を進める。次年度以降は、単一粒子レベルでの研究とフェムト秒レーザー励起の実験により重点を置き、ナノ結晶の特徴であるサイズ・形状効果および、より高度に制御された光励起条件での反応を調べることによって、本研究課題の目的である分子集合体における協同的光応答現象の理解の深化へと繋げてゆく。また、我々が得意とする、顕微時間分解分光技術、ナノ粒子作製、固体光反応の解析技術などを活用して、本新学術領域内での共同研究を積極的に進める。
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