2018 Fiscal Year Annual Research Report
Formation of ultralong ordered hydration structure of molecularly thin oxide layers and its application
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16K13631
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
佐々木 高義 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 拠点長 (70354404)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ２次元ナノシート / 巨大水和膨潤 / 長周期配列 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度までに得た層状チタン酸化物H1.07Ti1.73O4H2Oおよび層状ペロブスカイト酸化物HCa2Nb3O101.5H2Oの単結晶サンプルに関する巨大水和膨潤現象およびその剥離挙動に関する知見に基づき、次に示す展開を図った。まずサイズの大きな四級アルキルアンモニウムイオン（TPA, TBA）による膨潤結晶の単層剥離時に見られる顕著なナノシート破断現象について詳しく検討し、酸化物層表面でこれらのイオンが隣接したイオンと親油基相互作用することにより機械的シアを高めるためではないかとの推論に至った。この考察に基づき親油基相互作用を軽減するために水溶液中ではなく、DMSOなどの有機溶媒中で剥離を試みたところ、大型ナノシートが得られることが確認され、上記考察の妥当性が示された。
巨大水和膨潤させたチタン酸化物結晶を含む水溶液にジメチルアクリルアミドと少量の重合開始剤、架橋剤を加えて紫外光を照射することによってヒドロゲル化した。ゲル中に内包することによって膨潤結晶が安定に保持され、通常は収縮してしまう酸水溶液中に浸しても伸張した状態が保たれることが観察された。また酸化チタンナノシートコロイド溶液中のTMAイオンを取り除くことによって構造色が発現するレベルまでナノシートの間隔が増大したサンプルを同様にヒドロゲル化した。ゲルに外力を加えて圧縮すると構造色が可逆的に変化する興味深い現象が見られた。
極薄酸化物層（ナノシート）の超長周期配列に関連して、強磁場印加による配向制御が重要な課題であるため、それぞれ磁場に垂直、平行に配列することが明らかになっている２種類の酸化物ナノシート（Ti0.87O2, Ca2Nb3O10）に加えて、異なった組成、構造を持つナノシート（TiNbO5, Ti2NbO7, Ti5NbO14）を合成し調べたところ、いずれも磁場に平行に整列することがわかった。
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Research Products
(7 results)
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[Journal Article] Reversible Switching of the Magnetic Orientation of Titanate Nanosheets by Photochemical Reduction and Autoxidation2018
Author(s)
Xiang Wang, Xiaoyu Li, Satoshi Aya, Fumito Araoka, Yasuhiro Ishida, Akiko Kikkawa, Markus Kriener, Yasujiro Taguchi, Yasuo Ebina, Takayoshi Sasaki, Shogo Koshiya, Koji Kimoto, Takuzo Aida
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Journal Title
Journal of American Chemical Society
Volume: 140
Pages: 16396-16401
DOI
Peer Reviewed
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