2021 Fiscal Year Research-status Report
アンカー型機能性分散剤によるカーボンナノチューブの分散，配向制御
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21K04682
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
川本 益揮 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 専任研究員 (70391927)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | カーボンナノチューブ / 分散 / 配向 / 複合化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，カーボンナノチューブを分散するためのアンカー型分散剤の合成と、カーボンナノチューブの分散性について検討した。その結果，アンカー型分散剤は特定の直径のナノチューブを選択的に分散する，新しい知見を見いだした。
カーボンナノチューブとのパイ―パイ相互作用を期待し，アンカー部位にペリレンジイミドを導入した。フェニル基をスペーサーとし，2つのペリレンジイミドが向かい合うように配置した，ピンセット分子の合成に成功した。
ピンセット分子は，テトラヒドロフラン，トルエン，クロロホルム等の有機溶媒に可溶であり，これらの溶媒に対するカーボンナノチューブの分散性を確認した。ピンセット分子は，テトラヒドロフラン中でカーボンナノチューブとのパイーパイ相互作用によって複合化し，ナノチューブが分散した。一方，クロロホルムを溶媒に用いた場合，ピンセット分子はカーボンナノチューブと複合化せず，ナノチューブは沈殿した。この溶媒に対する分散性の違いを利用し，分散したピンセット分子/カーボンナノチューブ複合体をクロロホルムで洗浄すると，複合体からピンセット分子が脱離し，カーボンナノチューブを単離することに成功した。
単離したカーボンナノチューブを界面活性剤で水に再分散し，蛍光スペクトルを測定した。その結果，ピンセット分子は，直径がおよそ 0.9 nm のカーボンナノチューブを効率よく分散できることがわかった。このことは，ピンセット分子を構成する 2 つのペリレンジイミドの分子配置と分子間距離が重要な役割を果たしていると考えることができる。
以上の結果より，アンカー型分散剤は，様々な直径を含むカーボンナノチューブの混合物から特定サイズのナノチューブを選択的に分散することが可能な機能性材料であることを明らかにした。
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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
当初の目標であった，アンカー型分散剤の合成とカーボンナノチューブに対する分散性を評価することができた。結果として，カーボンナノチューブの溶媒への分散化だけでなく，ナノチューブの直径選択分散という新しい機能を見出すことに成功した。カーボンナノチューブの直径選択分散は予期しない研究成果であり，アンカー型分散剤が「分子ふるい」として機能する新しい材料であることを示している。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き，アンカー型分散剤を用いたカーボンナノチューブの分散と配向を検討する。
分散については，蛍光分光光度計を用い，アンカー型分散剤の濃度とカーボンナノチューブの直径選択性との相関関係を明らかにする。また，分子動力学シミュレーションからアンカー型分散剤とカーボンナノチューブの結合自由エネルギーを同定し，分散剤の構造がナノチューブの分散安定性に及ぼす影響を明確にする。
配向については，分散したナノチューブからなるフィルムを塗布によって作製し，偏光顕微鏡で光学的な異方性を評価する。また，一次元構造体であるカーボンナノチューブが異方的な配向を示す場合，電気的な異方性示す可能性がある。ナノチューブの配向方向に対して平行あるいは垂直方向の電気伝導度を4 端針法で測定する。
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| Causes of Carryover |
学会発表がオンライン開催となり，旅費を必要としなかったため。また，選定した設備備品の費用が当初に比べて安価となり，次年度使用額を生じた。
カーボンナノチューブの配向性を確認するための装備の購入に充てる。また，課題遂行中に新しい知見を得たナノチューブの直径選択分散性に関する研究を推進するための装置の購入を進める。
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