2020 Fiscal Year Research-status Report
Single Crystal Investigation of Triboluminescence
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19K15519
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
大曲 駿 東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (20836473)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | トリボルミネッセンス / 蛍光顕微鏡 / 原子間力顕微鏡 / 再結晶 / メカノルミネッセンス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、単一結晶のトリボルミネッセンスを蛍光顕微鏡と原子間力顕微鏡のハイブリッド顕微鏡による定量測定である。これまで、[Eu(hfa)3dpf]n配位高分子に対して実験を行っており、ミクロスケールとマクロスケールではトリボルミネッセンスの特徴が大きく異なることを明らかにしている。しかし、単一ミクロ結晶の作成は容易ではなく、数週間というスケールの時間がかかり、本研究を遂行する上で大きな律速となっていることが課題であった。粗い再結晶方法では定量測定に適する高い質の結晶が得られない（多結晶体が生成する）。すなわち、マイクロメートルサイズで高い質の結晶を短期間で作成するという困難な課題を有する。
また、ミクロスケール実験そのものは成功しているが、発光そのものは観測できておらず、扱っている系が本研究課題で提案する測定法のproof-of-conceptに適さない可能性を示唆していた。
本年度では、[Eu(hfa)3dpf]nの単一ミクロ結晶の作成方法を工夫することで、試料作成期間を大幅に短縮することに成功した。また、他の様々な試料でもこの方法を実行したところ、同様に本研究で使用するサイズ・質の単一ミクロ結晶が作成できることを確認した。さらに、研究計画で測定予定であるEu(tta)3phen錯体（トリボルミネッセンスを示す希土類錯体として典型的な例）についてもそれを実行し、本研究を実行する上で必要な試料作成方法の工夫に成功した。これによって、本研究課題の律速を解消したといえる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
本研究課題では、トリボルミネッセンス（結晶の粉砕に発光が伴う現象）の定量評価とメカニズム解明を目的としている。これを実現する為に、研究代表者は単一ミクロ結晶を作成し、それを蛍光顕微鏡と原子間力顕微鏡のハイブリッド顕微鏡によって評価することを考案した。前年度では[Eu(hfa)3dpf]n配位高分子において、ミクロスケールでの結晶粉砕はマクロスケールと大きく異なることを明らかにしている。
本測定には、厚さ約１マイクロメートル程度のミクロ結晶を作成する必要がある。しかし、質の高いミクロ結晶作成は極端に長い時間がかかり（１ヶ月程度）、研究における大きな律速過程になっている。加えて再結晶は予測が難しく成功率も低い。
申請者は再結晶方法を工夫し、これを１週間程度と大幅に短縮し、その成功率も大幅に向上させることに成功した。また、本試料に限らず、有機分子（ペリレン、BODIPY、Eu(tta)3phen等）にも本手法を試みたところ同様に成功し、その汎用性も確認した。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度は本研究課題で必要となる適切な試料の再結晶方法の確立を実現した。
初年度の[Eu(hfa)3dpf]nの研究ではミクロ領域における結晶粉砕は、プラスチック変形のような様態であり、発光が生じなかった。これは、①（配位高分子由来の）粉砕の異方性がある、または②ミクロ領域ではそもそもトリボルミネッセンスを生じさせるような粉砕の仕方をしない可能性を示唆している。実験手法として１マイクロメートル前後の試料を基板上で転がす方法は極めて困難であり、MEMSのようなものが必要になるが、現時点では現実的ではない。
そのため、本年度では研究計画書でも提案したEu(tta)3phenというトリボルミネッセンスでは有名な系について検討する。これは、配位高分子のような高分子鎖に由来する粉砕方向の異方性の可能性を排除できるためである。
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