2014 Fiscal Year Research-status Report
自己修復性分子デバイスを目指した固液界面における交換速度の制御
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25810048
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
廣瀬 崇至 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30626867)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 協同的組織化 / 光応答性 / 走査トンネル顕微鏡 / 固液界面 / ジアリールエテン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、前年度に作成した固液界面における核生成-伸長モデルを用いて様々な分子構造を用いてHOPG基板への吸着特性の評価を行った。具体的には、(1)アルキル側鎖の長さを変化させた際の核生成平衡定数・伸長平衡定数の変化の解析、(2)アミド基とエステル基の比較を行うことで見られる配列パターンの変化と吸着特性の解析、(3)フォトクロミック化合物であるジアリールエテンの光異性体（開環体、閉環体、および、縮環体）が形成する分子配列の比較と光異性化反応に伴う分子配列パターンの変化、(4)アミド基とウレア基の比較から得られる水素結合の強さが及ぼす吸着特性への影響などを検討した。
以上のような観点から研究を遂行することで、、分子構造と配列の安定性・配列形成プロセスの協同性との関係性に関して、以下のように系統的な知見を得ることができた。アルキル鎖の長さの影響に関しては、吸着する分子のアルキル炭素数が4個増える毎に、STMで分子配列が観測される臨界濃度が約1桁ずつ変化することが明らかとなった。複数の分子種が混在するマルチコンポーネントの系ではより低い臨界濃度をもつ分子が優先して基板上で配列を形成するため、臨界濃度の最適化と分子設計は非常に重要であると考えられる。また、ヘキサフルオロシクロペンテン環を有する一般的なジアリールエテンでは、３つの異なる異性体（開環体、閉環体、縮環体）は全てストライプ上の分子配列を形成する傾向が見られたが、ターチオフェン骨格を有するジアリールエテンでは、分子配列中に空孔を有する配列パターンを示し、異なる空孔サイズを有する配列パターンを光照射によりスイッチさせることに成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の想定以上に得られた知見として、(1)ジアリールエテンの開環体と閉環体が二次元基板上において混合して１つの分子配列を形成する系を見出したこと、(2)ジアリールエテンのチエニル基の置換位置を2位から3位に組み替えることで、特に閉環体での配列形成特性が劇的に変化する挙動が明らかとなったこと、(3)分子配列形成の濃度依存性から見られる協同的分子配列形成挙動が、分子構造や配列パターンに依存するという予備的な知見が得られたことなどが挙げられる。以上のように、複数の想定以上の知見が得られたことから、本年度は当初の計画以上に進展が見られたといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、本年度に得られた分子構造と二次元基板上における分子配列形成特性との関連性に関する理解を更に深めるとともに、熱力学的な平衡定数の解析にとどまらず、配列形成・脱着の速度定数の解析を積極的に推進する予定である。
二次元配列形成挙動を決定する熱力学的および速度論的理解を深めることで、基板上におけるより高度な自己組織化プロセスの構築を目指す。
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| Causes of Carryover |
前年度購入予定であったSTM用の温度コントローラーおよび温度可変サンプルステージは、本研究とは異なるプロジェクトの目的で先に導入が行われ、本予算で購入する必要がなく、当初の予定通りに研究を推進することができた。このことから、前年度未使用額として140万円程度を本年度の予算として使用することができたが、本年度はこの全てを利用することなく十分に研究を進行させることができた。
以上の理由により、次年度使用額が生じることとなった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
生じた次年度使用額は、STM測定に必要な消耗品（HOPG基板およびPt/Ir探針）や有機合成用の試薬、分光測定消耗品（光学セルなど）として、翌年度の助成金と併せて有効に利用する予定である。
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