2021 Fiscal Year Research-status Report

Fabrication of functionally graded organic-inorganic nanocomposites for high refractive index

Research Project

Project/Area Number	20K21132
Research Institution	Okinawa National College of Technology
Principal Investigator	伊原博隆沖縄工業高等専門学校, その他部局等, 校長 (10151648)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	永岡昭二熊本県産業技術センター(ものづくり室、材料・地域資源室、食品加工室), その他部局等, 研究主幹 (10227994) 桑原穣熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 助教 (60347002)
Project Period (FY)	2020-07-30 – 2024-03-31
Keywords	Polymer composite / Refractive index / Optical film
Outline of Annual Research Achievements	本提案は、太陽電池や人工照明、ディスプレイ、光学レンズ等様々な分野において必要不可欠な透明光学材料であり、無機ガラスに替わる軽量で割れにくく、成型プロセスに優れる有機・無機ナノ粒子ハイブリッド系材料からなる高屈折率・透明材料の開発を目指す研究である。本年度は、ポリマーシートとして透明度が高く、高屈折率を実現し、さらには屈折率の傾斜化を促進するための手法として、これまでの研究で明らかになってきたN-(2-ヒドロキシエチル）アクリルアミド(Hm)およびそのポリマーpoly(Hm)のヘテロポリ酸に対する高い親和性に着目して、新たにトリス（ヒドロキシメチル）メタクリルアミド(Tm)を採用した。さらには、コモノマーとしてアクリルアミド(Hm)を採用し、具体的には、copoly(Hm-Am)とcopoly(Hm-Tm)を作製し、ヘテロポリ酸との複合化を実施した。結果として、Am単独のポリマーpoly(Am)はヘテロポリ酸の複合化可能量はかなり小さくなったが、AmをコモノマーとしてHmやTmと複合化させることにより、光学材料として重要な特性の一つである透明性において、高屈折率を実現しつつ、透明性を増大させることが可能となった。このことは、poly(Am)とpoly(Hm)およびpoly(Tm)がミクロ相分離構造を形成している可能性が示唆された。なお、本年度は、民間企業との共同研究の下に、実用化を目指した光重合系による高屈折率な透明ポリマーシートの作製についても合わせて調査した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 当初計画では、有機成分としてN-(2-ヒドロキシエチル）アクリルアミド(Hm)およびそのポリマーをベースにヘテロポリ酸との複合化を検討する予定であったが、屈折率の傾斜化を化学組成の視点から可能であろうと判断し、コポリマー系での複合化を優先して実施した。また同時に、N-(2-ヒドロキシエチル）アクリルアミド(Hm)と同等あるいはそれ以上にヘテロポリ酸と親和性のあるモノマーを探索することも重要であると考え、新たにトリス（ヒドロキシメチル）メタクリアミド(Tm)を採用し、さらにはアクリルアミド(Hm)を含めた種々のコポリマー系を作製してヘテロポリ酸との複合化を調査した。これらの追加研究目標により、当初計画をやや変更したが、これによって民間企業との共同研究において、企業側のニーズに沿った研究を実施することも可能となった。今年度得られた新しい知見は、本申請研究の基盤となる要素を含んでおり、今後の研究展開上においても重要な指針となりうるため、おおむね順調に進んでいると判断した。
Strategy for Future Research Activity	今年度の研究で、当初計画にはないコポリマー系の複合体について有益な知見が得られた。次年度は、この知見を有効に活用して、組成の異なるコポリマーを作製し、ヘテロポリ酸との複合化を行い、さらにこれらを混合することによる効果（透過性、屈折率）さらには屈折率の傾斜化について調査する。合わせて、民間企業との共同研究を促進するため、N-(2-ヒドロキシエチル）アクリルアミド(Hm)の機能を超えるモノマーの探索を行いながら、光重合法による透明な高屈折率ポリマーシートの作製を実施する。
Causes of Carryover	（理由）コロナ禍により、予定していた微細構造観察のための出張分析や国際会議出張旅費の使用がなく、成果発表のために必要な追加実験や渡航費が次年度に発生すると判断したため。（使用計画）成果発表に向けた追加実験や渡航費（出張分析およびリスボンおよびボストンでの国際会議）として補填する。