2018 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
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16H02398
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
今井 宏明 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (70255595)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 結晶成長 / 自己組織化 / 自己集合 / ナノ粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、数十ナノメートル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ナノブロックを任意な結晶方位で1次元・2次元・3次元に配列させ、マクロスケールの多様な階層的構造体を構築し、構造由来の特異な機能を発現させることを目的としている。現状では、多様な結晶ブロックを合成し、任意な方位と次元をもつ配列体や異種化合物のブロックによる複合配列体を構築し、さまざまな機能の評価をおこなっている。また、ナノブロック配列体の手本としてのバイオミネラルの構造と機能の解析、および結晶成長手法によるナノブロック構造体の構築も並行しており、これらを通じて、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ことを目指している。
平成30年度では、29年度に引き続き、多様な物質系のナノブロックのデザインと配列構造の作製、およびナノブロック配列体の機能評価をおこなった。ここでは主要な3つの成果を示す。第1には、ライブラリー化された多種類のナノブロックが3次元に配列したスーパーキューブの作製法の開発である。数マイクロメートルサイズのスーパーキューブを、分散媒と蒸発法の最適化によって再現性良く作製することに成功した。第2には、複数の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。これまでに、サマリウムドープ二酸化セリウムのナノキューブの配列によって、優れた酸化物イオン伝導特性を確認している。30年度では、酸化鉄や酸化コバルトのナノキューブの配列体の構築をおこない、優れた磁気特性の確認に成功した。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基板上への配向手法の発展である。積層環境の変更によって、ナノロッドがランダムな状態から一方向に配向した状態へと制御することが可能となった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究では、ライブラリー化された多種類のナノブロックを活用した任意な方位と次元をもつ配列体や異種ブロックの積層による複合配列体の構築とその構造に由来した機能の開拓を目指している。
平成30年度の主要成果の第1として、ナノブロックが3次元に配列したスーパーキューブの作製法を開発した。これまでの手法では3次元の配列は１マイクロメートル以下であったが、ナノブロックの機能をマクロに発現させるために必要となる数マイクロメートルサイズの大きなスーパーキューブが必要となる。スーパーキューブは、多様なナノブロックの機能発現のためのベースとなる手法を提供するものである。
主要成果の第2として、酸化鉄や酸化コバルトのナノキューブの配列によるフィルムを作製し、その磁性の測定によって配列体特有の機能性を確認した。これは、平成29年度の酸化物イオン伝導に引き続き、ナノブロック配列体特有の機能を開拓する重要な知見である。これらの結果は最終年度に目指した成果に近いものであり、本研究は、当初の計画以上に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成31年度では最終年度として、平成28-30年度の成果をベースとしながら、ナノブロックの配向配列構造のスケールアップ・高度化とさらなる機能開拓を目指して、主に次の2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ブロックの積層による配列構造のさらなる機能の評価である。ここでは、特に複数の種類のナノブロックを配列させた場合に期待される特異な磁性・マルチフェロイック特性・光触媒特性に着目して、ナノ構造配列体の優れた性質を明らかにする。
第2には、機能評価に向けた、ナノブロックの積層体のスケールアップと配向構造の高度化である。平成30年度に得られたスーパーキューブをさらに配列させるなどの新規な試みをおこなう。さらに、ナノブロック配列体の手本としてのバイオミネラルのナノ構造と機能の解析を並行しておこない、ナノブロック配列によるバイオミネラルのナノ構造の模倣や特性の獲得などにも着目する。これらの成果を総合して、ナノブロックの集積による新たな機能材料の可能性を探索する。
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