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2016 Fiscal Year Annual Research Report

デザインされた異方性ナノブロックによる秩序配列マテリアルの構築と機能開拓

Research Project

Project/Area Number 16H02398
Research InstitutionKeio University

Principal Investigator

今井 宏明  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (70255595)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2020-03-31
Keywords結晶成長 / 自己組織化 / 自己集合 / ナノ粒子 / 機能材料
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、数十nmスケールのナノ結晶の矩形ブロックの形状と表面特性をデザインし、集積環境を整えることで、これらの結晶ブロックを任意な結晶方位と次元で配列させ、マクロスケールの多様な階層的構造体を構築する。ここでは、酸化物・金属・リン酸塩・炭酸塩等の結晶ブロックを合成し、それらをユニットとして構成された1~3次元配列(高精度メソクリスタル)、異種の化合物の結晶ブロックによるメソレベルの複合化(複合メソクリスタル)、ブロック間隙への高分子導入によるメソレベル無機有機複合化(融合メソクリスタル)へ展開する。最終的に、それらの機能を評価し、メソレベルで構造化された高機能セラミックスおよび複合材料の新規合成手法を提供する。
平成28年度では、本研究の第1段階として、ナノブロックの配列手法の発展、および多様な物質系についてのナノブロックの合成をおこなっており、以下の3つの成果が得られている。第1には、ナノブロックの配列手法の発展による酸化マンガンナノブロック配列の高度化である。ナノブロックの配列環境の制御によって、稠密2次元配列やa軸c軸の交互積層3次元配列を実現させている。第2には、複合メソクリスタルの構築に向けた多種のナノブロックのライブラリー化である。これまでに、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、ストロンチウムドープチタン酸バリウム、サマリウムドープ酸化セリウム、白金、パラジウムなどの矩形ナノブロックの効率的な合成に成功した。第3には、バイオミネラル類似の炭酸カルシウム系ナノブロックの配列であり、環境制御によって1~3次元構造体の構築が可能となった。ここでは、カルサイト型炭酸カルシウムのナノブロックを合成し、分散媒質の変化によって生じる配向集積現象を明らかにするとともに、任意のサイズの1次元ナノワイヤーや3次元集積体の形成を達成している。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究の第1段階では、数十nmスケールのナノ結晶の矩形ブロックの形状と表面特性をデザインし、集積環境を整えることで、これらの結晶ブロックを任意な結晶方位と次元で配列させる技術の発展を目指している。本研究における平成28年度の目標は、ナノブロック配列の高度化および複合メソクリスタルの構築に向けた多種類のナノブロックの合成によるライブラリー化である。
平成28年度においては、酸化マンガンナノブロックを用いた配列制御における環境の制御によって、新規な構造体として稠密2次元配列やa軸c軸の交互積層3次元配列を実現させている。また、多様な種類の酸化物や金属等の結晶ブロックから構成された1~3次元配列(高精度メソクリスタル)や複数種類のナノブロックからなる複合メソクリスタルの構築に向けた多種のナノブロックのライブラリー化として、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、ストロンチウムドープチタン酸バリウム、サマリウムドープ酸化セリウム、白金、パラジウムなどの矩形ナノブロックの効率的な合成に成功した。さらに、バイオミネラル類似の炭酸カルシウム系ナノブロックの配列であり、環境制御によって1~3次元構造体の構築が可能となった。
以上の結果は、本研究の最終目的に向けた年次目標に対して十分な成果が得られていることを示しており、本研究は、おおむね順調に進展していると考えられる。

Strategy for Future Research Activity

平成29年度では、本研究の第1段階後半として、矩形ブロックのデザインと集積環境の制御によって任意な結晶方位と次元でナノブロックを配列させる技術の発展を目指す。そのために今年度は次の3つの目標に向けて研究を進める。
第1には、上記の交互配列手法と多種類のナノブロックを活用した異種ブロックの積層による複合メソクリスタルの構築である。ここでは、平成28年度の合成に成功している酸化マンガン・酸化セリウム・チタン酸バリウム・ストロンチウムドープチタン酸バリウム・二酸化チタン・白金などの異種化合物を数十nmスケールで任意に積層した構造体の構築を目指す。異種のブロックの交互積層においては、積層条件のコントロールが重要であり、その最適化が求められるとともに、表面処理などの相互作用の制御も検討する必要がある。
第2には、ナノブロックの積層体のマクロスケールな構築と機能評価である。主には、酸化マンガンや酸化鉄ナノブロックの集積体における磁性、二酸化チタンと白金との複合集積による光触媒活性、およびサマリウムドープ酸化セリウムナノブロック集積体のイオン伝導性などを評価する予定である。ここでは機能評価に向けて、数百マイクロメートルスケールの溝を基板表面に形成し、配列をマクロに制御する手法が必要と考えられる。
第3には、ブロック間隙への高分子導入によるメソレベル無機有機複合化(融合メソクリスタル)へ展開であり、主には炭酸カルシウムナノブロック配列体への高分子導入による軽量高強度材料への展開を目指す。ここでは、高分子のベースとなるモノマーの導入やその重合方法などの検討がカギとなると思われる。さらに、貝殻などのバイオミネラルの模倣や特性の類似性などにも着目して研究を展開する。

  • Research Products

    (41 results)

All 2017 2016 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (16 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 16 results,  Open Access: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 16 results) Presentation (24 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 5 results)

  • [Int'l Joint Research] カリフォルニア大学リバーサイド校(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      カリフォルニア大学リバーサイド校
  • [Journal Article] Effects of Nanostructured Biosilica in Rice Plant Mechanics2017

    • Author(s)
      K. Sato, N. Ozaki, K. Nakanishi, Y. Sugahara, Y. Oaki, C. Salinas, S. Herrera, D. Kisailus, H. Imai
    • Journal Title

      RSC Advances

      Volume: 7 Pages: 13065-13071

    • DOI

      10.1039/c6ra27317c

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Oriented Attachment of Calcite Nanocrystals: Formation of Single-Crystalline Configurations as 3D Bundles via Lateral Stacking of 1D Chains2017

    • Author(s)
      M. Takasaki, Y. Oaki, H. Imai
    • Journal Title

      Langmuir

      Volume: 33 Pages: 1516-1520

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.6b04595

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Multistep Crystal Growth of Oriented Fluorapatite Nanorod Arrays for Fabrication of Enamel-Like Architectures on a Polymer Sheet2017

    • Author(s)
      K. Nakamura, Y. Oaki, H. Imai
    • Journal Title

      CrystEngComm

      Volume: 19 Pages: 669-674

    • DOI

      10.1039/C6CE02381A

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Stepwise Rotation of Nanometric Building Blocks in Aragonite Helix of a Pteropod Shell2017

    • Author(s)
      M. Suzuki, T. Sasaki, Y. Oaki, H. Imai
    • Journal Title

      Crystal Growth and Design

      Volume: 17 Pages: 191-196

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Optical Properties of Biosilicas in Rice Plants2016

    • Author(s)
      K. Sato, A. Yamauchi, N. Ozaki, T. Ishigure, Y. Oaki, H. Imai
    • Journal Title

      RSC Advances

      Volume: 6 Pages: 109168-109173

    • DOI

      10.1039/C6RA24449A

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Switchable Oriented Attachment and Detachment of Calcite Nanocrystal2016

    • Author(s)
      M. Takasaki, Y. Oaki, H. Imai
    • Journal Title

      CrystEngComm

      Volume: 18 Pages: 8999-9002

    • DOI

      10.1039/C6CE02161A

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Mesoscopic Crystallographic Textures on Shells of a Hyaline Radial Foraminifer Ammonia beccarii2016

    • Author(s)
      K. Nakajima, Y. Nagai, M. Suzuki, Y. Oaki, K. Naito, Y. Tanaka, T. Toyofuku, H. Imai
    • Journal Title

      CrystEngComm

      Volume: 18 Pages: 7135-7139

    • DOI

      10.1039/C6CE01611A

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Evaporation-Driven Regularization of Crystallographically Ordered Arrangements of Truncated Nanoblocks: From 1D Chains to 2D Rhombic Superlattices2016

    • Author(s)
      R. Matsumoto, Y. Nakagawa, H. Kageyama, Y. Oaki, H. Imai,
    • Journal Title

      CrystEngComm

      Volume: 18 Pages: 6138-6142

    • DOI

      10.1039/C6CE01512C

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Mesostructured crystals: Growth processes and features2016

    • Author(s)
      H. Imai
    • Journal Title

      Progress in Crystal Growth and Characterization of Materials

      Volume: 62 Pages: 212-226

    • DOI

      10.1016/j.pcrysgrow

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Dendritic Growth of NaCl Crystals in a Gel Matrix: Variation of Branching and Control of Bending,2016

    • Author(s)
      M. Goto, Y. Oaki, H. Imai
    • Journal Title

      Crystal Growth and Design

      Volume: 16 Pages: 4278-4284

    • DOI

      10.1021/acs.cgd.6b00323

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] 1D Oriented Attachment of Calcite Nanocrystals: Formation of Single-Crystalline Rods through Collision2016

    • Author(s)
      M. Takasaki, Y. Kimura, Y. Yamazaki, Y. Oaki, H. Imai
    • Journal Title

      RSC Advances

      Volume: 6 Pages: 61346-61350

    • DOI

      10.1039/C6RA09452J

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Aragonite Nanorod Arrays through Molecular Controlled Growth on Single-Crystalline Substrate and Polysaccharide Surface2016

    • Author(s)
      M. Suzuki, Y. Oaki, H. Imai
    • Journal Title

      Crystal Growth and Design

      Volume: 16 Pages: 3741-3747

    • DOI

      10.1021/acs.cgd.6b00237

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] UV-induced Epitaxial Attachment of TiO2 Nanocrystals in Molecularly Mediated 1D and 2D Alignments2016

    • Author(s)
      T. Hiraide, H. Kageyama, Y. Nakagawa, Y. Oaki, H. Imai
    • Journal Title

      Chemical Communications

      Volume: 52 Pages: 7545-7548

    • DOI

      10.1039/C6CC02001A

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Tuning of photocatalytic reduction by conduction band engineering of semiconductor quantum dots with experimental evaluation of band edge potential2016

    • Author(s)
      T. Suzuki, H. Watanabe, Y. Oaki, H. Imai
    • Journal Title

      Chemical Communications

      Volume: 52 Pages: 6185-6188

    • DOI

      10.1039/C6CC01166G

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Orientation-Selective Alignments of Hydroxyapatite Nanoblocks through Epitaxial Attachment in a and c Directions2016

    • Author(s)
      K. Nakamura, Y. Nakagawa, H. Kageyama, Y. Oaki, H. Imai
    • Journal Title

      Langmuir

      Volume: 32 Pages: 4066-4070

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.6b00732

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Orientation-Selective Alignments of Nanoblocks in a and c Directions of Tetragonal System through Molecularly Mediated Manipulation2016

    • Author(s)
      Y. Nakagawa, H. Kageyama, Y. Oaki, H. Imai
    • Journal Title

      Chemical Communications

      Volume: 52 Pages: 5597-5600

    • DOI

      10.1039/c5cc10644c

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] カルサイトナノ結晶の配向集積成長による1次元・3次元構造体の構築2017

    • Author(s)
      髙﨑美宏、緒明佑哉、今井宏明
    • Organizer
      日本セラミックス協会2017年年会
    • Place of Presentation
      日本大学駿河台キャンパス(東京都・千代田区)
    • Year and Date
      2017-03-19 – 2017-03-19
  • [Presentation] サマリウムをドープ化した二酸化セリウムナノキューブの合成と規則配列構造の形成2017

    • Author(s)
      築山慧之、髙﨑美宏、緒明佑哉、今井宏明
    • Organizer
      日本セラミックス協会2017年年会
    • Place of Presentation
      日本大学駿河台キャンパス(東京都・千代田区)
    • Year and Date
      2017-03-19 – 2017-03-19
  • [Presentation] 有機高分子シート上におけるフッ素アパタイト配向構造体の作製2017

    • Author(s)
      行正有太朗、中村和樹、緒明佑哉、今井宏明
    • Organizer
      日本セラミックス協会2017年年会
    • Place of Presentation
      日本大学駿河台キャンパス(東京都・千代田区)
    • Year and Date
      2017-03-17 – 2017-03-17
  • [Presentation] Optical Properties of Biosilicas in a Rice Plant2017

    • Author(s)
      H. Imai
    • Organizer
      41st International Conference and Exposition on Advanced Ceramics and Composites (ICACC17)
    • Place of Presentation
      Daytona Beach (USA)
    • Year and Date
      2017-01-25 – 2017-01-25
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 遷移金属酸化物量子ドットのバンド構造の解析と光触媒反応制御2017

    • Author(s)
      植野大樹、鈴木貴文、渡辺洋人、緒明佑哉、今井宏明
    • Organizer
      第55回セラミックス基礎科学討論会
    • Place of Presentation
      岡山コンベンションセンター(岡山県・岡山市)
    • Year and Date
      2017-01-13 – 2017-01-13
  • [Presentation] 二酸化チタン矩形ナノブロックによる秩序構造体の作製2017

    • Author(s)
      平出智之、景山宏之、緒明佑哉、今井宏明
    • Organizer
      第55回セラミックス基礎科学討論会
    • Place of Presentation
      岡山コンベンションセンター(岡山県・岡山市)
    • Year and Date
      2017-01-13 – 2017-01-13
  • [Presentation] イネ葉身のバイオシリカの構造および機能の解析2017

    • Author(s)
      佐藤可奈子、山内瞭、石榑崇明、緒明佑哉、尾崎紀昭、中西和樹、菅原義之、David Kisailus、今井宏明
    • Organizer
      第55回セラミックス基礎科学討論会
    • Place of Presentation
      岡山コンベンションセンター(岡山県・岡山市)
    • Year and Date
      2017-01-12 – 2017-01-12
  • [Presentation] pH-Sensitive Oriented Attachment of Calcite Nanocrystals2016

    • Author(s)
      M. Takasaki, Y. Oaki, H. Imai
    • Organizer
      The 33rd International Korea-Japan Seminar on Ceramics
    • Place of Presentation
      Daejeon (Korea)
    • Year and Date
      2016-11-17 – 2016-11-17
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 高分子マトリクス中におけるらせん状結晶成長の同期による二次元平行バンド構造の形成2016

    • Author(s)
      水江真吾、伊勢隆太、緒明佑哉、佐崎元、今井宏明
    • Organizer
      第6回CSJフェスタ2016
    • Place of Presentation
      タワーホール船堀(東京都・江戸川区)
    • Year and Date
      2016-11-16 – 2016-11-16
  • [Presentation] ーパーマイクロポーラスシリカのナノ細孔を用いた炭素系蛍光体の合成と構造解析2016

    • Author(s)
      小川峻平、林孝星、渡辺洋人、緒明佑哉、今井宏明
    • Organizer
      第6回CSJフェスタ2016
    • Place of Presentation
      タワーホール船堀(東京都・江戸川区)
    • Year and Date
      2016-11-15 – 2016-11-15
  • [Presentation] 有機シートにおけるバイオミネラル類似カルサイト配向構造体の形成2016

    • Author(s)
      永井雄太、緒明佑哉、今井宏明
    • Organizer
      第6回CSJフェスタ2016
    • Place of Presentation
      タワーホール船堀(東京都・江戸川区)
    • Year and Date
      2016-11-15 – 2016-11-15
  • [Presentation] イネ葉身のバイオシリカの構造および機能の解析2016

    • Author(s)
      佐藤可奈子、山内瞭、尾崎紀昭、David Kisailus、石榑崇明、緒明佑哉、今井宏明
    • Organizer
      第6回CSJフェスタ2016
    • Place of Presentation
      タワーホール船堀(東京都・江戸川区)
    • Year and Date
      2016-11-14 – 2016-11-14
  • [Presentation] 方位選択・可逆的なカルサイトナノ結晶の配向集積2016

    • Author(s)
      髙﨑美宏、緒明佑哉、今井宏明
    • Organizer
      第6回CSJフェスタ2016
    • Place of Presentation
      タワーホール船堀(東京都・江戸川区)
    • Year and Date
      2016-11-14 – 2016-11-14
  • [Presentation] 矩形ナノブロックの空間的な配列制御による異配向秩序構造体の構築2016

    • Author(s)
      松本里穂、中川義隆、加藤一実、緒明佑哉、今井宏明
    • Organizer
      第6回CSJフェスタ2016
    • Place of Presentation
      タワーホール船堀(東京都・江戸川区)
    • Year and Date
      2016-11-14 – 2016-11-14
  • [Presentation] イネ葉身のバイオシリカの構造および機能の解析2016

    • Author(s)
      佐藤可奈子、山内瞭、石榑崇明、緒明佑哉、尾崎紀昭、David Kisailus、今井宏明
    • Organizer
      第11回バイオミネラリゼーションワークショップ
    • Place of Presentation
      東京大学柏の葉キャンパス(千葉県・柏市)
    • Year and Date
      2016-11-12 – 2016-11-12
  • [Presentation] スーパーマイクロポーラスシリカのナノ細胞を用いた有機蛍光体の集積制御と蛍光特性2016

    • Author(s)
      小川峻平、渡辺洋人、緒明佑哉、今井宏明
    • Organizer
      第30回日本吸着学会研究発表会
    • Place of Presentation
      長崎大学文教キャンパス(長崎県・長崎市)
    • Year and Date
      2016-11-10 – 2016-11-10
  • [Presentation] 有機シートを用いたバイオミネラル類カルサイト配向構造体の作製2016

    • Author(s)
      永井雄太、緒明佑哉、今井宏明
    • Organizer
      日本セラミックス協会第29回秋季シンポジウム
    • Place of Presentation
      広島大学東広島キャンパス(広島県・東広島市)
    • Year and Date
      2016-09-08 – 2016-09-08
  • [Presentation] Mn3O4矩形ナノブロックによる空間的に制御された配列構造の形成2016

    • Author(s)
      松本里穂、加藤一実、緒明佑哉、今井宏明
    • Organizer
      日本セラミックス協会第29回秋季シンポジウム
    • Place of Presentation
      広島大学東広島キャンパス(広島県・東広島市)
    • Year and Date
      2016-09-07 – 2016-09-07
  • [Presentation] 異方性矩形ナノブロックの配向集積による1・2・3次元マイクロアレイの構築2016

    • Author(s)
      今井宏明
    • Organizer
      日本セラミックス協会第29回秋季シンポジウム
    • Place of Presentation
      広島大学東広島キャンパス(広島県・東広島市)
    • Year and Date
      2016-09-07 – 2016-09-07
    • Invited
  • [Presentation] Characterization of Biogenic Arrayed Nanocrystals and Fabrication of Their Mimetics Through Classical and Nonclassical Routes2016

    • Author(s)
      H. Imai
    • Organizer
      Gordon Research Conferences - 2016 Meeting - Biomineralization
    • Place of Presentation
      Girona (Spain)
    • Year and Date
      2016-08-18 – 2016-08-18
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Biogenic and Biomimetic Arrayed Nanocrystals(Invite)2016

    • Author(s)
      H. Imai, M. Suzuki, K. Nakamura, K. Nakajima, Y. Nagai, Y. Oaki, Y. Nagai, T. Toyofuku
    • Organizer
      The 18th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE-18)
    • Place of Presentation
      Nagoya Congress Center (Nagoya・Aichi)
    • Year and Date
      2016-08-10 – 2016-08-10
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Parallel banded strucures formed by synchronied growth of heical crystals in a polymer matrix2016

    • Author(s)
      S. Mizue, S. Ibaraki, Y. Oaki, G. Suzuki, H. Imai
    • Organizer
      The 18th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE-18)
    • Place of Presentation
      Nagoya Congress Center (Nagoya・Aichi)
    • Year and Date
      2016-08-08 – 2016-08-08
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] バイオミネラルのナノ構造の解明と類似体の合成および機能材料への展開2016

    • Author(s)
      今井宏明
    • Organizer
      第18回マリンバイオテクノロジー学会大会
    • Place of Presentation
      北海道大学水産学部函館キャンパス(北海道・函館市)
    • Year and Date
      2016-05-28 – 2016-05-28
    • Invited
  • [Presentation] Oriented Assembly of Anisotropic Nanoblocks for Direction-Controlled 1D, 2D, 3D Microarrays2016

    • Author(s)
      H. Imai, Y. Nakagawa, R. Matsumoto, Y. Oaki
    • Organizer
      13th International Conference on Ceramic Processing Science (ICCPS-13)(Invite)
    • Place of Presentation
      Nara Prefecturl Cultural Hall (Nara・Nara)
    • Year and Date
      2016-05-11 – 2016-05-11
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2018-01-16   Modified: 2022-10-07  

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