2018 Fiscal Year Annual Research Report
微小反応場を用いるトリボ発光性希土類配位高分子材料の深化
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17H04873
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
中西 貴之 東京理科大学, 基礎工学部材料工学科, 講師 (30609855)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 力学刺激発光 / 希土類 / 配位高分子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
トリボルミネッセンス(トリボ)は、機械的刺激により結晶が発光する現象である。その原理は化合物の破断時の短パルスX線発生やピエゾ効果による強電場発生など化合物ごとに異なり学術的未解明点が多い。しかし、産業的には光や電子線などの高エネルギー励起源を用いずシンプルな力学的な刺激だけで発光エネルギーを獲得できるため効率的に発光できる新機能材料として注目されている。これまで希土類を含む無機化合物がトリボ発光を示す報告例は多くあったがその光強度は微弱で新しい材料探索とその機能・物質設計が求められてきた。本研究では、希土類配位高分子の有機アンテナ配位子と希土類との間で発現するトリボ光機能に注目し、その特異的な現象の原理究明と微小反応場を用いた新規な材料開発を目的に研究を行なってきた。これまでに新しい発光体探索を行うため希土類配位高分子の新しい合成手法として、結晶性高分子に対する"分子ドーピング法"を開発し、昨年度も継続的に実験を行なってきた。また孔径が200nm程度のポーラスアルミナ多孔体を用意し、その孔中で希土類配位高分子の結晶析出に関する合成検討を行い、微小空間の内部に希土類配位高分子の結晶を一部導入することに成功した。さらに材料としてトリボ発光の視認性を高めるため、弾性体である有機樹脂バインダーとの複合化の検討を開始した。微小エネルギー効率の有効利用の重要性からトリボ発光体に関する研究は非常に重要であり、本研究では巨視的な有機-無機ハイブリッドとしての独自性が高く、これまでにない新規は発光体創生につながることが期待されている。
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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
昨年度計画では、微小反応場での結晶成長および弾性体への結晶導入を計画している。微小細孔への結晶導入には成功し光励起で発光・観測することには成功したが力学刺激発光が容易に観測されるほどの結晶量の確保が現状が難しく、その検討に時間を有していた。また研究責任者の異動もあり時間的な制約のため、研究進行がやや遅れ気味であったが現状は良好に進めている。現在は研究代表者を中心に新しく研究環境を整備得ることができ効率的に研究を進める体制が確立できた、一方で、力学刺激発光体の弾性体への導入試験ではその弾性領域の組織変化を利用して見た目の残光化に成功しつつかなりの進展があった。現状は様々な弾性材料の検討に展開している。また上記の分子ドーピング法による異分子導入により、希土類配位高分子結晶の更なる機能化に成功したため、今後さらなるトリボ機能化(発光強度の向上)を期待している。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでは、新しいトライボルミネッセンスの発光体の探索を行うため、希土類配位高分子の新規合成および機能性分子をドーピングする新しい合成法を開発し昨年度もその研究の継続を行った。本年度はその研究継続に加え、研究計画に従いトリボ発光の長残光化に本格的に本格的に着手する。トリボ発光は力学刺激による一瞬の発光であるため、現状は人の視認性が非常に悪く、本研究では有機樹脂バインダを用いてゴムのような弾性体中でその長残光化の検討を行なっている。評価方法に関しては分子結晶の質・形態をＸ線および電子線回折、そしてTEMおよびFEーSEM観測で構造評価を行う。また次年度は今年度に購入した高感度可視CCD分光器を用いて、バルク成長させた結晶と有機樹脂の成形体を合成しそのトライボルミネッセンスと基礎発光物性をを論文としてまとめる。トリボ機能は弾性体構造と重合時の結晶濃度（サイズ/形状）に強く依存するため重要な評価項目と考えている。今期は特に得られた成形体に対し評価装置で破断力以下の連続パルスここではサイズ制御したトリボ結晶をゴム粘弾性体へ分散させ引張試験や硬度試験による弾性／塑性変形時の定性解析を中心的に進め学術的な知見と実用材料への検討を行いたい。
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