2016 Fiscal Year Research-status Report
ジアセチレンナノ結晶の構造相転移ダイナミクスの制御と高性能光・電子材料の創出
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15K05618
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
小野寺 恒信 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (10533466)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 有機ナノ結晶 / ポリジアセチレン / 三次非線形光学材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本申請研究では、ジアセチレン（DA）ナノ結晶における構造相転移型固相重合反応のサイズ効果を解明するとともに、ポリジアセチレン（PDA）ナノ結晶の三次非線形光学特性との構造相関を明らかにすることで、有機結晶の相転移現象に特有のサイズ効果の解明とバルク結晶を凌駕するナノ結晶材料の創出を目指した。
二年目は、サイズ・形状制御したPDAナノ結晶について、構造評価を行った。個々のナノ結晶のTEM測定および電子線回折測定に成功するとともに、ナノ結晶の粉末についてXRD測定を行った結果、ナノ結晶の結晶格子定数はバルク結晶と比較して僅かに変化することを初めて明らかにしたことで、吸収スペクトルの結晶サイズ依存性の原因の一端を明らかにしたと考えている。次いで、PDAナノ結晶の非線形光学特性評価に向けて、PDAナノ結晶薄膜の作製を行った。従来は光散乱損失の小さい薄膜の作製に困難を伴っていたが、緩衝材としてPVAを加えたテーパードセル法を適用することで、光学的品質の高い薄膜が作製可能であることが分かった。また、ファイバーナノ結晶をテーパードセル法で薄膜化した場合、ナノファイバーが一軸配向することで、擬似単結晶薄膜が得られることが分かった。得られた薄膜のひとつを用いて、分光エリプソメトリーによる複素誘電率測定およびpump-probe分光法（高速過渡光学応答測定）による非線形光学特性評価を行った結果、得られた薄膜は測定に耐えうる光学的品質であることを確認した。
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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
二年目には、サイズ・形状制御されたポリジアセチレン（PDA）ナノ結晶を作製して構造評価するとともに、非線形光学特性評価に向けて、光散乱損失の小さい薄膜の作製に注力した。具体的には、
（１）PDAナノ結晶の構造評価
サイズ・形状制御されたPDAナノ結晶を作製し、ナノ結晶のTEM測定および電子線回折測定に成功した。電子線損傷する前に像を取得することに苦労したものの、測定できたナノ結晶についてはほぼ単一ドメインの結晶であることを確認できた。また、ナノ結晶の粉末についてXRD測定を行った結果、ナノ結晶の結晶格子定数はバルク結晶と比較して僅かに変化することを初めて明らかにしたことで、吸収スペクトルの結晶サイズ依存性の原因の一端を明らかにしたものと考えている。
（２）非線形光学特性評価に向けたPDAナノ結晶薄膜の作製
PDAナノ結晶の非線形光学特性評価に向けて、PDAナノ結晶薄膜の作製を行った。これまでは光散乱損失の小さい薄膜を再現性良く作製することが困難であったことから、複数の手法（移流集積法、高分子電解質を用いた交互積層法、光硬化性樹脂中への配向固定化など）を用いて再度薄膜化条件の最適化を試みた結果、緩衝材としてPVAを加えたテーパードセル法を適用することで、光学的品質の高い薄膜が作製可能であることが分かった。また、ナノ結晶ファイバーをテーパードセル法で薄膜化した結果、横毛管力によってナノファイバーが一軸配向することで、擬似単結晶薄膜の作製にも成功した。得られた薄膜のひとつを用いて、分光エリプソメトリーによる複素誘電率測定およびpump-probe分光法（高速過渡光学応答測定）による非線形光学特性評価を行った結果、得られた薄膜はどちらの測定にも耐えうる高い光学的品質を有することを確認できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究実施状況は順調に推進できていることから、最終年度には、作製したPDAナノ結晶薄膜を用いて、非線形光学特性の結晶サイズ依存性を明らかにする。また、PDAナノ結晶の三次非線形光学特性との構造相関を明らかにすることで、バルク結晶を凌駕するナノ結晶材料を創出する。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額は、今年度の研究を効率的に推進したことにより発生した未使用額である。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成２９年度請求額と合わせて、計画している研究の遂行に使用する予定である。特に、ポリジアセチレンナノ結晶の非線形光学特性の結晶サイズ依存性を明らかにするために、追加分配する予定である。
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