2022 Fiscal Year Annual Research Report
高分子ナノ粒子内部へのキラルな金属ナノ構造体の直接造形法の創生
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22H01892
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
河合 武司 東京理科大学, 工学部工業化学科, 教授 (10224718)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | キラル金属ナノ構造 / 高分子粒子 / 紫外線照射 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、銀イオンを含む水面上に浮かべたポリスチレン（PS）粒子の表面に銀粒子を紫外線照射によって担持させて、銀粒子スポットの配置とキラル光学特性との関連について調べ、不連続なキラルナノ構造体の光学特性の解明を目的とした。具体的には、キラル光学特性に及ぼす(1)非同一平面と同一平面上の３つの銀スポットの相違、さらには(2)PS粒子のサイズ、(3)銀スポットサイズ、(4)２つのスポットの配置、(5)金属の種類の影響について検討し、下記の成果を得た。
入射角を一定（同一平面）に保って３つの銀スポットを作製しCDスペクトルを測定したところ、CDピークは入射角が増すほど長波長側にシフトした。同様の長波長シフトはPS粒子の粒径の増大によっても得られた。すなわち、銀スポット間の距離によってCDピーク位置が制御できることが明らかとなった。一方、入射角を各スポットごとに変えた場合（非同一平面）では、CDピークの位置は大きく変化しなかったが、入射角を増大させた場合と減少させた場合とではCDピークの正負が逆転した。すなわち、入射角の変化方向でキラリティーが制御できることが明らかとなった。一方、紫外線の照射時間によってスポットサイズを増大させると、CDピーク位置をほとんど変化させずにピーク強度だけ強くできることがわかった。さらに、銀を白金に変えても同様のCDスペクトルが得られ、キラル光学特性の発現は金属の種類には依存しないことも実証した。
また２つの銀スポット系のキラル光学特性の発現は、スポットの配置に依存することを明らかとした。すなわち、キラル光学特性は２つのスポットとPS粒子の中心とのなす角が180°では発現しないが、90°や120°では発現することがわかった。
現有の紫外可視分光光度計に光学部品を組み込み、1600 nm程度まで測定できる自作CD装置を組み立てることに成功した。
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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
本年度の目標は、（１）不連続な銀粒子スポットを担持させたPS粒子のキラル光学特性の解明および（２）円二色性分散計の自作であった。（１）については、非同一平面と同一平面の３つの銀スポットの相違、さらにはPS粒子のサイズ、銀スポットサイズ、２つのスポットの配置、金属の種類の影響について解明できたことから、達成率はほぼ100%である。（２）についても、検出器の感度が悪いために測定範囲を2500 nmまで拡張できなかったが、1600 nmまでは測定可となった。また吸収強度比で計測できることから、CD強度の制限を受けないものを作製できたことから、達成率は85%程度である。したがって、総合的な達成率は90％以上であるため、おおむね順調に進展していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の課題は、紫外線照射による金属担持技術の拡張として粒子以外の素材にキラル金属ナノ構造体を作製できる方法を確立することである。主には様々な材料表面に貼り付けできる高分子薄膜をターゲットとする。PS薄膜（厚み 300 nm）の上にSiO2粒子（粒径：800 nmレンズ）やPMAA粒子（粒径：1500 nmレンズ）を水面上に浮かべ、紫外線の方位角を変えながら斜めから照射して、PS薄膜にキラルな空孔を作製する。空孔はキラルな鋳型として機能するため、貴金属ナノ粒子などの転写によるキラル光学特性の発現について検討する。すなわち、空孔内に金あるいは銀ナノ粒子を詰めてキラル光学特性が発現するかを調べる。また貴金属ナノ粒子のサイズや形態の影響についても検討する。
水の代わりに銀イオンを含む系で同様の条件で紫外線照射して、銀ナノ粒子のキラルな集合体を形成させて、キラル光学特性についてCDスペクトルから評価する。PSの膜厚、SiO2粒子の粒径、紫外線の照射強度・角度、金属イオンの種類・濃度などの影響を総合的に検討し、キラル光学特性に及ぼす銀ナノ粒子の密度・粒子集合体のサイズや形態などの影響を解明する。さらに、アキラルな銀ナノ粒子集合体の重ね合わせによるキラル光学特性の発現も目指す。具体的には、直前状の銀ナノ粒子集合体を担持した２枚のPS薄膜のCDスペクトルを重ね合わせの角度を変えて測定し、キラル特性について解明する。
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