2014 Fiscal Year Research-status Report
単一ナノ粒子計測可能な顕微過渡吸収計測装置の開発とその応用
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25410020
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
石橋 千英 愛媛大学, 理工学研究科, 助教 (10506447)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 顕微過渡吸収分光 / 単一ナノ粒子分光 / 励起状態ダイナミクス / 貴金属ナノ粒子 / 異種有機ナノ粒の複合化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
サイズや形状などに依存して材料の反応性が大幅に異なるナノ構造体、特に単一ナノ粒子の物性評価には、時間と空間の分解能を併せ持つ計測手法が最適であり、その代表として単一ナノ粒子からの蛍光を利用した顕微蛍光分光測定がある。この顕微蛍光分光法は背蛍光が少ないために容易に高感度検出を達成できるが、蛍光を発しない現象には適用しにくく、時間分解能も高くない。一方で、過渡吸収分光法は、蛍光分光法と比較すると、感度はさほど高くはないが、観測対象に制限がなく基本的にあらゆる電子励起状態を観測可能である。さらに時間分解能も高く、サブピコ秒の時間領域で起こる現象も観測可能である。したがって、単一ナノ粒子からの微弱な過渡吸収信号を検出可能にするために高感度な測定光学系の開発が望まれる。そこで、本研究課題では、①貴金属や有機半導体の単一ナノ粒子（粒径～50nm）を測定可能な顕微過渡吸収測定装置を開発し、②開発した装置を用いてナノ粒子を一つ一つ計測し、サイズや形状などに依存した励起状態ダイナミクスを測定することを目的とした。平成２５年度は、従来の透過型の顕微過渡吸収分光測定装置を応用し、ナノ粒子からの反射（散乱）光を利用することで、透過光測定と比較して、感度が100倍向上した。これにより平均粒径40nmの金ナノ粒子を単一で測定することに成功した。
平成２６年度はより小さい粒径である20nmの金ナノ粒子においても、従来の透過型の測定装置と比較して、20倍の高い感度で測定を行うことが可能であることを証明した。また有機半導体への応用を試みるために高速・高確度のADボードを導入した。これにより平均粒径200nmのペリレンナノ粒子の過渡信号が短時間で高精度に測定可能であることがわかった。一方で異種のナノ粒子同士の複合化も試み、金ナノ粒子と有機ナノ粒子の複合化にも成功した。
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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
平成２６年度は、前年度に構築した単一ナノ粒子の励起状態ダイナミクスを観測可能な顕微過渡吸収測定装置を用いて金ナノ粒子のサイズ依存性の測定を行った。構築した測定装置では、平均粒径20nmまで測定が可能であり、その感度は従来の測定装置と比較して20倍以上向上した。前年度までに単一ナノ粒子が測定可能となっていたために、より高精度に測定が可能な光学系を達成する上で不足している部分をゆとりをもって見極めることができた。平成２６年度の開始と同時に高速・高確度のADボードを導入できたために、測定が高速化し、有機半導体の単一ナノ粒子の測定にも成功した。また異種のナノ粒子の複合化にも着手でき、複合化に必要な最適化条件の一つを見つけることができた。
以上のことから、本研究の対一目標である単一の有機ナノ粒子に対して、過渡吸収測定が可能な光学系の構築は、十分に達せられたと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２５年度は、単一ナノ粒子の計測可能な顕微過渡吸収測定装置の開発を中心に進め、貴金属ナノ粒子の過渡吸収信号を従来の測定装置と比較するとより高感度に（最大で１００倍）測定可能にした。平成２６年度は、その装置に改良を加え、単一の有機ナノ粒子に対しても高感度かつ高速に過渡吸収測定を行うことができた。装置開発および改良を進めていく上で、マイクロメートルサイズの有機微結晶系に対しても、従来の光強度増幅装置を利用した測定光学系と比較しても遜色なく、高感度に測定を可能なことを見出した。また構築した装置が、単一有機ナノ粒子系に対してだけでなく、複合有機ナノ粒子系に対しての励起状態ダイナミクスを測定可能であるかを調べるために、その第一歩として有機ナノ粒子の複合化を試みてきた。その結果は比較的順調に複合化ができた。このような段階で、最終年度は、以下の２つの課題を中心に行っていく。
一つ目は、有機ナノ粒子系の励起状態ダイナミクスを詳細に議論、解明する事である。本研究で使用する有機ナノ粒子は、市販の貴金属ナノ粒子と比較して粒径分布が広く、励起状態ダイナミクスに対してサイズ効果が現れると考えられる。そこで数多くの粒子を個別に計測し、サイズ効果を明らかにする。
二つ目は、これまでに見出した最適化条件の基で異種のナノ粒子の複合化を行い、実際に複合有機ナノ粒子のダイナミクスの測定を行う。
計画時期として年度の前半部分で構築した装置を利用し、実際に上記２項目の測定を行う。後半部分では、データ整理および解析を主に行い、その成果を公表していく。
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| Causes of Carryover |
平成２５年度では、研究が予想以上に進んだために当初の予算計画よりも少なくて済んでいる。平成２６年度は当初計画通りの予算案で研究を遂行できたために平成２５年度の残予算をわずかに使用する程度でとどまったことにより残予算がでた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成２６年度の残予算執行は、以下の３つを計画している。
最適化した測定光学系にまだ不足している機器を揃えるために使用する。使用頻度の高い光学部品（ミラー、レンズなど）は消耗品であるためにより性能の高い部品を購入する予定である。またこれまでの成果を発表するために学会および研究会へ積極的に参加する予定である。そのための旅費として使用する予定である。
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