2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Polymer/Inorganic Fusion Materials Using Self-Organized Structures of Liquid Crystals and Interface Interactions
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15H02179
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
加藤 隆史 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (70214377)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大槻 主税 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (00243048)
西村 達也 金沢大学, 物質化学系, 准教授 (00436528)
坂本 健 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (50626223)
齋藤 継之 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (90533993)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 自己組織化 / ハイブリッド材料 / 機能性高分子 / 融合マテリアル / 分子制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では機能性高分子と無機結晶の相互作用を利用して無機物の結晶化や有機高分子との複合構造を制御し、軽量で高い強度や強靭性、光機能などを示す新たな無機／有機融合材料を構築することを目的としている。
平成29年度においては、水溶性高分子を用いてヒドロキシアパタイト (HAP) の結晶成長を制御し、HAPの異方性ナノ結晶を作製する手法を開発し、さらに得られたHAPナノ結晶のコロイド水溶液が一定条件化において、リオトロピック液晶となることを見出した。高分子によって、結晶の前駆体として形成するアモルファスリン酸カルシウムが安定化され、これが結晶へと転移することにより、形状のそろった棒状のHAPナノ結晶が形成することを、透過型電子顕微鏡を用いた精密構造解析によって解明した。さらに作製したHAP液晶が力学的刺激や磁場に応答して配向が変化することを発見し、これを利用してナノ結晶の配向を制御した配向構造体を開発した。
また、高分子薄膜上でリン酸カルシウム結晶化を行い、自己組織的に形成する周期的な凹凸構造を有するオクタカルシウムホスフェート (OCP) の薄膜結晶を作製した。さらに、得られたOCP薄膜を水中で加熱することにより、配向構造・表面形状などを維持したままHAP薄膜に変換することに成功した。これにより、多様な形状のアパタイト薄膜を作製することが可能になった。
水溶性高分子を利用した水酸化炭酸亜鉛の結晶成長により、様々な形状の膜結晶も作製した。層状構造を有する水酸化炭酸亜鉛に取りこまれる酸性添加物を併用することにより、形成する結晶の形状、配向を制御した。
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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
HAPナノ結晶の液晶化や層状前駆体からの酸化亜鉛の結晶膜作製など、本研究で目標とする配向や構造が高度に制御された無機／有機複合体のための基盤技術や構造制御に成功しており、研究はおおむね順調に推移している。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度までに得られた成果を基に、自己組織的な秩序構造を有する有機／無機融合材料の機能化・高性能化、ならびに材料開発のための理論化を進め、研究をまとめる。具体的には、以下の4点に取り組む。I) 秩序構造を有する有機マトリクスと無機結晶をナノレベルで融合化し、高次構造を有する配列ナノ構造融合材料を作製・機能評価する。II)無機微結晶が作るコロイド液晶の配向・集合構造を制御し、天然のバイオミネラルに見られるような階層的に制御された構造体を作製する。また、機能性有機官能基とミネラル液晶との複合化による新たな機能開拓を行なう。III) 透明融合材料の力学特性とナノ構造の関係に関する知見をもとに、有機テンプレートに強靭な結晶性有機ナノファイバーや発光性界面機能分子との融合を進め、高機能化・多機能化を行なう。IV) 平成29年度に開発した機能性層状無機化合物の結晶成長制御手法を、新たに刺激応答性有機テンプレートに応用し、高度に構造が制御された機能性材料を開発する。
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