2020 Fiscal Year Research-status Report
金属錯体結晶の次元性や相転移を利用した熱流束の制御
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20K05535
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
星野 哲久 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (30551973)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 錯体化学 / 分子科学 / 材料化学 / 熱伝導 / 熱流束制御 / 構造相転移 / 強誘電体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題の目的は分子性結晶の次元性や構造相転移などが熱伝導度に与える影響を明らかにするとともに、熱・光照射・ガス吸蔵などによる可逆な結晶欠陥の導入と熱流束制御を行うことである。初年度は種々の低次元構造をもつ分子性結晶の熱伝導度測定を行った結果、ほぼ等しい一次元結晶構造をもつ2つの強誘電体NH4HSO4とRbHSO4が全く異なる温度依存性を示すことを見出し、これがNH4+イオンの回転運動（リブロン）と熱を伝達するフォノンのカップリングに起因することを明らかにした。後者において一次元鎖に平行方向の熱伝導度は垂直方向に比べて1.5倍ほど高く、また前者において常誘電－強誘電転移（Tc=150K）では熱伝導度で1.5倍という大きなスイッチング比を示した。この結果は熱流速制御が熱的分子運動励起によって実際に可能であることを示しており、本研究の遂行において非常に重要な成果であると考えている。
これに関連して、シンプルな単核錯体[M(acac)2(abco)]2(BF4)2（M=Co2+, Ni2+）の固体内分子運動について検討したところ、この錯体が分子運動の励起によって局所的なキラリティーを発現することを発見した。擬3回対称をもつabco（quinuclidine）配位子が回転運動により擬6回対称となることで分子間反発が増加し、構造が歪んで対象中心が崩れることを、結晶構造解析・熱測定・温度可変XRD等によって明らかにした。これらの結果はそれぞれJ.Chem.Phys.およびChem.-Eur.J.誌で発表され、高い評価を受けることができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
研究計画どおりに各種次元性分子結晶に対して熱伝導測定を行い、物質探索を進めることができている。事前の想定どおり相転移前後の結晶のダメージが若干問題となったが、結晶の育成やマウント方法をさらに工夫することによって再現性あるデータを得ることができ、論文として成果報告することができたほか、さらに物質探索の対象を広げることが可能となった。また熱流束制御とは別に、分子運動のorder-disorder転移について予期しないキラリティーの発現を発見することができ、論文として成果報告することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究計画に従って、光照射による熱流束制御や、熱電導度の異なる結晶の接合による熱整流効果に関する検討を行う。装置の改造を行い光照射に必要なファイバを導入するほか、整流効果の検討に必要なヒーターを増やすことで、熱流束制御デバイスについてさらに詳細な検討を行う。
今年度の研究成果から、分子性結晶においても結晶構造と熱伝導度の大きな相関が確認できたため、水素結合性のみならず共有結合性・配位結合性の低次元結晶についても探索を進めるとともに、光互変異性を示す機能性分子を連結した低次元性固体の合成を進める予定である。
また今年度は強誘電体について熱伝導度評価を行ったが、分極反転による熱流束制御については実現に至らなかった。次年度以降も引き続き、電場印加による熱流束制御について検討を行う。
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[Journal Article] A synthetic ion channel with anisotropic ligand response2020
Author(s)
Muraoka Takahiro, Noguchi Daiki, Kasai Rinshi, Sato Kohei, Sasaki Ryo, Tabata Kazuhito, Ekimoto Toru, Ikeguchi Mitsunori, Kamagata Kiyoto, Hoshino Norihisa, Noji Hiroyuki, Akutagawa Tomoyuki, Ichimura Kazuaki, Kinbara Kazushi
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 11
Pages: 2924
DOI
Peer Reviewed
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