2019 Fiscal Year Research-status Report
Development of Solid-State Composite Fluorescent Materials by Molecular Designing between Organoalkoxysilane and Luminescence Nanodots
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18K14005
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| Research Institution | The University of Shiga Prefecture |
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Principal Investigator |
鈴木 一正 滋賀県立大学, 工学部, 講師 (20805618)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 表面化学修飾 / 蛍光波長制御 / カーボンドット / ゾル-ゲル法 / 固体蛍光材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ナノ蛍光材料であるC-dotsの表面官能基と有機アルコキシシランとのエポキシ－アミン反応により化学修飾を施すと、短波長側への蛍光シフトを示し、そのシフト量や機構はC-dotsの種類によって異なることが、本研究を通じてこれまでに得られている知見である。
そこで化学修飾され大きく短波長シフトしたC-dotsの役割を理解するために、化学修飾していないC-dotsとの蛍光強度の比較を行った。その結果化学修飾されたものについて、濃度消光の抑制が明らかとなり、化学修飾による立体障害や構造安定化が原因で、発光強度が安定化しているものと示唆された。
また、化学修飾による構造的な変化を理解するため、FT-IRやRaman分光法による化学修飾サイト周辺の構造解析に取り組んでいるが、母材となるアルコキシシランの影響が大きく、有意な差異が観察されていない現状である。C-dotsの濃度をさらに高くして、化学修飾による構造的な変化やその割合を理解していく必要がある。また、適切な溶剤を用いてNMRによる解析も検討する。C-dotsの特性上、直接的な構造解析が困難である故、表面修飾による物性の違いに基づいて、構造的な理解をさらに進めていく。
また、調整可能な蛍光波長領域を理解するため、アミノ基修飾された赤色C-dotsの合成にも取り組んでいる。一般に、ストークスシフトの大きい赤色C-dotsは構造的に不安定であることから、そのような特性のC-dotsに対する化学修飾は有用であり、蛍光特性に現れる効果が大きいと考えている。すでに赤色蛍光C-dotsは合成され、化学修飾可能な構造か否かを確認中である。化学修飾による構造解析と共に、今後赤色C-dotsへの化学修飾も進めていく。
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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
異なる表面状態のC-dots、とりわけ最大蛍光波長の位置の異なるC-dotsに対して、表面化学修飾による蛍光シフト観察と、その要因の評価を行い、当初の目標に対して計画通りに進展している。これらの結果については国際学会・国内学会にて成果発表している。
現状では100 nm程度の蛍光シフトを伴う波長制御を達成しているが、さらに広範な蛍光波長制御を目指して、化学修飾による大きな蛍光短波長シフトが実現可能であるかを調べるために、赤色蛍光C-dotsの合成に取り組んでいる。一般に長波長側の蛍光を有するC-dotsほど不安定になるので、表面化学修飾の効果が顕著にみられると期待される。
化学修飾サイトでの構造解析についても取り組んでいるが、化学修飾サイトは系の中で希薄な割合で存在しているため、差異がわずかであり、構造変化の理解には達していない。反応サイトの割合を増加させるなど、仮想的な系にて観察可能な条件にて、解析を進めていく必要がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続きC-dots表面構造に対する化学修飾の蛍光特性の影響を調査する。とりわけ、短波長側へのシフト量が大きくなると見込まれる赤色発光C-dotsに対する蛍光変化とその官能基の影響を調べ、これまでの結果も踏まえたうえで、化学修飾による蛍光特性制御の有効範囲について総括していく。
また、種々のC-dotsに対する化学修飾による蛍光シフトの違いやそれぞれの機構の大枠がつかめてきており、現象の理解が進んでいることから、今後は、構造解析によりその証拠をつかむことを目標とする。解析の際、母材中でのC-dots濃度が希薄であるため、濃度調整しながら解析を遂行する。それらの結果をまとめ、本研究の総括として発表していく。
一方で、これまで実現された固体蛍光材料としての波長制御、安定化に加えて、濃度や分散制御が可能になるよう、今後の応用展開も踏まえながら、実験系をアップデートしていく。
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| Causes of Carryover |
今年度に固体蛍光材料作製時のディップコーターを納入したが、本研究に必要な湿度可変の環境チャンバー等を独自で作製したことで、当初の予定していた使用額を大きく下回ったため、次年度使用額が生じた。次年度の詳細な構造解析に取り組むにあたり、薄膜に対して必要となる特殊なアタッチメントの使用に充てる計画をしている。
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