2020 Fiscal Year Annual Research Report
多色発色および可視域外制御を可能とする高機能金属析出型プラズモニックＥＣ素子
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19J21962
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
木村 俊輔 千葉大学, 融合理工学府, 特別研究員(DC1)
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2019-04-25 – 2022-03-31
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| Keywords | エレクトロクロミズム / 局在表面プラズモン共鳴 / 銀析出型エレクトロクロミック素子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、透明導電性電極上での銀の可逆な酸化還元反応に基づいて、多様な色、光学状態を発現する「銀析出型エレクトロクロミック(EC)素子」に関するものである。EC素子で発現する有彩色は、銀ナノ粒子の局在表面プラズモン共鳴(LSPR)に基づいている。本年度は、EC素子中で生成・消失する銀ナノ粒子の形態と、銀ナノ粒子によって誘起されるLSPR波長の相関についての詳細な理解に注力した。
これまで、EC素子の発色機構は、銀の還元電流測定による電気化学的な解析、素子の吸収・反射スペクトルの測定、走査型電子顕微鏡(SEM)による析出銀形態の観察等の手段で行われていた。今年度は、更に詳細な解析や、より直接的に銀ナノ粒子の誘起する LSPRを検出する目的で、析出銀ナノ粒子の暗視野顕鏡による観察を実施した。特に、EC素子が発色する過程を暗視野光学顕微鏡によって“その場観察”することに初めて成功し、粒子の成長に従って誘起されるLSPR波長が推移する様子を詳細に検出することが可能になった。
これまで、素子自体の吸収スペクトルの測定や、SEMによる析出銀の観察、有限差分時間領域法(FDTD法)による電磁場解析を用いた議論から、EC素子中で生成する孤立した銀ナノ粒子が、互いに近接し“カップリング”することで、素子の劇的な色調変化を実現していることを明らかにしていた。本年度の暗視野光学顕微鏡による観察結果は、これまでの議論と整合性を有しており、この観察手法が、詳細かつ直接的に銀ナノ粒子の誘起するLSPRを検出する手段として有効であることが明らかとなった。今後は、更に様々な発色条件のEC素子を暗視野顕鏡によって観察・解析し、EC素子の緻密な光学状態制御や新規光学状態発現を目的とする本研究の目的達成のために、有効に利用する予定である。
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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
現在まで、銀析出型エレクトロクロミック(EC)素子の発色機構の詳細な解析を進めてきた。多角的な検討を実施しているが、それぞれの測定結果や検討結果には整合性を有しており、学術論文での研究成果発表も適宜実施できている。
本研究課題は、EC素子の挙動を体系的に明らかにし、緻密な光学状態制御や新規光学状態発現を目的としているが、目的達成のために有効なデータや知見は順調に得られているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題の最終年度は、これまでの知見を組み合わせたデバイス構築を目指す予定である。例えば、研究課題初年度に得られた知見では、無電力状態で発色状態を保持可能なデバイス構築が可能となった。研究課題2年目は、EC素子の発色機構について新たに明らかとなった知見が多く存在し、これまで実現していなかった複雑な吸収スペクトルによる新規発色に役立った。これらの知見を組み合わせて条件を最適化することで、“緻密に発色を制御可能かつ無電力状態で発色保持可能”な、新規素子も実現可能になると考えられる。
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