2019 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
| Project/Area Number |
17H04873
|
|---|
| Research Institution | National Institute for Materials Science |
|---|
Principal Investigator |
中西 貴之 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主任研究員 (30609855)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
|
| Keywords | 希土類 / 力学刺激発光 / 光物性 / 配位高分子結晶 / 配位化合物 |
|---|
| 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新たに開発し継続的に実験を行なってきた。また希土類配位高分子の結晶析出に関する合成検討を行い、多孔体を用いて微小空間の内部に希土類配位高分子の結晶を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行い、弾性体の継続変化に伴うトライボルミネッセンスの残光化(視認性向上)に成功した。これらの検討は微小エネルギー効率の有効利用の重要性から非常に重要である。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。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は、研究計画に従いトリボ発光の長残光化に本格的に着手した。また昨年度からの研究継続である新規の力学刺激発光体の探索を行った。トリボ発光は力学刺激による一瞬発光であるため、視認性が非常に悪く光学材料として問題があった。本研究では有機樹脂をバインダとして用いて、ゴムのような弾性体とのハイブリッド化を行い、その長残光化を行った。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）に強く依存すると考えられ非常に重要な評価項目である。具体的にはPMMA中へトライボ分子結晶を均一分散させ、その結晶形態はＸ線およびSEMを用いて行った。その力学刺激による発光をCCD分光器を用いて観測し力学刺激発光の計時変化を観測したところ、弾性体が変化する間に持続的に発光が観測された。得られた成形体に対し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行ったところ、押し込み時の発光だけでなく弾性体の形状が戻る時にも強発光が観測され、視認性が向上することを確認した。
|
| 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、新規の希土類配位高分子の合成および機能性分子を新たにドーピングする新しい合成法を開発した。また微小な反応空間として、孔径が200nm程度のポーラスアルミナ体を用意し、その孔中で希土類配位高分子の単結晶析出に関する合成検討を行った。その結果、微小空間の内部に希土類配位高分子の結晶を導入に成功した。特に内部で大きな結晶を析出成長させる手法の検討を行なった。本年度は上記の研究継続に加え、研究計画に従い振動デバイスへの応用検討と、これまでの研究内容のまとめとして情報発信を中心に進める。特に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、昨年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が可能になることを明らかにし、ここでは新たに振動デバイスと視認性向上のための弾性体コンポジットを組合せ振動発光の可能性を検討して行く。
|
