2016 Fiscal Year Research-status Report
３状態スマートウィンドウの陰イオン濃度制御による可逆／不可逆切替機構に関する研究
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15K13980
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| Research Institution | Tokyo Polytechnic University |
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Principal Investigator |
内田 孝幸 東京工芸大学, 工学部, 教授 (80203537)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
關 成之 仙台高等専門学校, 総合工学科, 准教授 (50449378)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 銀イオン / プラズモン吸収 / エレクトロクロミズム / 酸化スズ / スプレーCVD / LSPR / スマートウィンドウ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでの検討で、溶液中の銀イオンが電界によって析出し、銀の核成長を伴って成長する場合、銀イオンの濃度、電界強度、核の付着する表面のナノレベルでの表面モルフォロジ―が強く関わっていることが分かってきた。昨年度の検討では「３状態スマートウィンドウの陰イオン濃度制御による可逆／不可逆切替機構に関する研究」におけるこれらの影響について検討を行った。なお、一昨年には銀イオンを電界によって還元、析出させる場合に、その電界強度や印加波形によって、銀のナノ粒子のが制御できることを示している。これは、銀ナノ粒子の粒径、形状ならびに、周囲の誘電率によって、銀ナノ粒子のプラズモン吸収が様々な呈色を示すことを明確に示している。
本年度は、スプレーCVD（熱分解）法を用いて透明導電膜を作製し、その表面モルフォロジーを変化させた電極を各種用意した。ナノレベルでSnO2の結晶の自形を成長させた場合、その表面は凹凸のあるポーラスな表面になる。一方、結晶の成長を抑制し成膜した場合その電極の表面はフラットになる。この電極を用いて、本研究の銀析出型スマートウィンドウを作製した場合、ラフな面では黒からグレーに、フラットな面ではミラーになる。これは、銀のナノ粒子の核生成、核発生後の粒子成長が異なることに起因しており、その結果、生成された銀ナノ粒子の粒度分布に差異が生ずるものと理解できる。ここまでで、銀のナノレベルの粒子成長、またその逆の溶解（イオン化）を行うことにより、可逆的に呈色を制御できることを確認した。これらの結果をまとめ、SnO2電極での銀を用いたスマートウィンドウについてはIDW'16（ディスプレイの国際会議）で発表した。また、さらにMoO3をマトリックスにしたMoO3/Agの研究を、プリンタブルエレクトロニクスの国際会議（ICFPE2016)で発表し、さらにこれらをJJAPの論文に投稿し掲載可となっている。
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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
最終年度の前年である今年度までに、検証実験・検討を行い、表題に即した結果を得るための実験・検証方法が確立できた。具体的には、前述したように、ナノレベルで表面を凹凸のあるポーラスな表面にした場合ならびに、結晶の成長を抑制し成膜した場合その電極の表面はフラットにした電極を用意し、この電極を用いて、本研究の銀析出型スマートウィンドウを作製した。結果、ラフな面では黒からグレーに、フラットな面ではミラーになる事を確認した。これは、銀のナノ粒子の成長過程の差によって、この粒度分布に差異が生ずるものと理解できる。ここまでで、銀のナノレベルの粒子成長、またその逆の溶解（イオン化）を行うことにより、可逆的に呈色を制御できることが確認できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
上述の銀のナノレベルでの粒子成長の差による、粒度分布の違いは、電極近傍の銀イオン濃度に強く依存しており、表題にある、陰イオン濃度制御による可逆／不可逆切替機構の可能性を示唆するものである。この指針に従って、最終年度は、極性溶媒の種類に注目し、電極近傍の銀イオン濃度が高いもの、またその逆の低いものを選定し、目的を達成する予定である。
また、この銀析出型の透明EC素子、スマートウィンドウは銀を電界析出する方向には、応答時間が比較的早いが、銀粒子から銀イオンに引き戻す場合は、その応答時間が遅い。
この点についても、第３電極を用意し逆バイアスによって、イオン化する方法を提案する予定である。
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| Causes of Carryover |
研究分担者である關氏（仙台高専）における研究において、今年度の使用額が半分にとどまった。初年度に購入した試薬や消耗品のストックが一部、残存していたためこれらを有効に使ったことによる。また、最終年度である、2017年度に論文投稿などを控えているため、これらに充てることも考慮し、本年度の分担金の約半分の額を次年度に繰り越した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
上述の理由の箇所にも記載したとおり、次年度である2017年度が最終年度となるため、今回の研究で得た知見を、広く学会発表や論文として出すことを考慮に入れ、これらの予算を学会発表・論文投稿料などに使う計画である。
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