2021 Fiscal Year Research-status Report
Fabrication of Flexible Plasmonic Photothermal Films
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20K21140
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
馬場 暁 新潟大学, 自然科学系, 教授 (80452077)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
L CHUTIPARN 新潟大学, 自然科学系, 助教 (90769316) [Withdrawn]
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| Keywords | 表面プラズモン / グレーティング / 金属ナノ粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、著しい光電場増強効果が得られる金属微粒子からなる金属格子ナノ構造を伸縮性フレキシブル基板上に作製し、局在・伝搬型表面プラズモン協働励起による大きな光電場増強で生じる光熱を利用した、プラズモニック光熱変換フィルムの創製を目指す。さらに、この光熱フィルムを皮膚に直接貼付可能な光熱殺菌フィルムなどへと応用することで、プラズモニック光熱効果の新たなデバイス応用へ展開することを目的としている。
この目的に対して、今年度は、作成した銀微粒子グレーティング薄膜を作製し、、伝搬型・局在型表面プラズモン同時励起特性について実験とFDTD計算を用いて検討を行った。さらに、同時励起が及ぼす光熱特性への効果について検討を行った。表面プラズモン励起による光熱特性の評価を行った。この測定では、アルミシート上に銀微粒子薄膜を堆積してグレーティング側から白色光の波長を変化させて照射した。この時発生する光熱は、アルミシート裏面に取り付けた熱電デバイスにより検出した。この結果、全波長領域に渡って、銀微粒子グレーティング薄膜は比較のために作成したフラットな銀薄膜よりも高い熱が得られることが分かった。これは、主に銀微粒子の局在プラズモン励起に由来するものであることが考えられた。さらに、詳細に検討するために、銀微粒子薄膜上に銀薄膜を真空蒸着法により堆積して、徐々に平滑な銀グレーティング薄膜構造にしていくことで、光熱の発生は局在プラズモンの影響と伝搬型表面プラズモンの影響のどちらに大きく依存するのか検討を行った。その結果、銀微粒子グレーティング構造の微粒子構造が平滑になっていくにつれて発生する光熱の減少が観測されたことから、伝搬型表面プラズモンよりも局在プラズモンによる影響が光熱発生によりおおく寄与していることが明らかとなった。
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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
本研究の研究計画である伸縮性フレキシブルプラズモニック光熱フィルムの開発、について上記のように実験を進め、下記３点の成果が得られた。
①銀微粒子グレーティング薄膜構造におけるFDTDシミュレーションにより、プラズも励起電場増強効果の光熱発生の関係性が得られた ②銀微粒子グレーティング薄膜の波長ごとによる光熱特性測定により局在プラズモンの励起・伝搬型表面プラズモンの励起の詳細についての知見が得られた ③銀微粒子グレーティング薄膜に対して真空蒸着法により銀薄膜と堆積することで、局在型表面プラズモン励起による影響が伝搬型表面プラズモン励起による影響よりも大きいことが明らかとなった
これらの成果を基に、引き続き伸縮性フレキシブルプラズモニック光熱フィルムの開発と光熱デバイス応用についての実験を進めていく予定である。
以上のように、研究計画に対する成果が得られており、概ね当初の計画通り達成できた。これらの結果は、すでに学会での発表なども行っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度はこれまでに得られた研究をさらにすすめ、縮性フレキシブルプラズモニック光熱フィルムの開発を行う。局在・伝搬型表面プラズモンが相互作用しあう協働励起による大きな光電場増強現象が大面積で一様に得られるようにする。作製には、金属ナノ構造の形状・サイズや金属ナノ微粒子のナノ構造の検討が必要である。また、曲げ状態やストレッチ状態を変化させた場合における表面プラズモン励起とその光熱特性について熱電デバイスも用いて検討を行う。また、光熱効果の殺菌フィルムなどへの応用も試みる。まず、プラズモニック光熱フィルム上に細菌を滴下し、表面プラズモン光熱殺菌効果について、波長異存特性、照射時間特性、温度特性について詳細に調べる。照射前後におけるバクテリアの活性・不活性状態の評価は、市販の発光法細菌・バクテリア検出キットを用いて、CCDカメラで発光を検出することで行う。これらの実験は、フラットな状態の他、曲げ状態や伸縮状態も変化させ、プラズモン励起特性と殺菌効果の関係についても同様の実験を行い評価する。この成果を用いて、フレキシブル基板を極薄化することで皮膚へ添付可能なプラズモニック光熱フィルムパッチへの応用へと展開する。
また、得られた成果は国内・国外の学会で報告を行うことにより公表し、国際論文誌での誌上発表も積極的に行う。
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