2014 Fiscal Year Research-status Report
一次元応力を用いるナノ（継ぎ目のない）傾斜屈折率光学素子の開発
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26600027
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
伊原 博隆 熊本大学, 自然科学研究科, 教授 (10151648)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐川 尚 京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (20225832)
緒方 智成 熊本大学, 学内共同利用施設等, 准教授 (90332866)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 傾斜機能材料 / 高屈折率 / 光学材料 / 重力場 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、ナノレベルで化学組成や機能が継ぎ目なく傾斜した有機・無機複合体を作製することを目的としており、これを実現する手法として複合体に強い重力場を曝すことを特長としている。本研究ではとくに、多様な光学的応用が期待されている屈折率の傾斜化を目指した。
本年度は、有機成分として各種のメタクリレート系モノマーを選択し、また無機成分としてヘテロポリ酸（ケイタングステン酸等、以下ＷＯｘと略）を用いて複合化と重合に関する基礎研究から開始した。
側鎖が比較的短いモノマー、とくにメチル基あるいはヒドロキシエチル基を有するメタクリレート系モノマーには、ＷＯｘは容易に分散することが可能であり、中でもヒドロキシエチルメタクリレート（ＨＥＭＡ）には重量比で９０％以上分散させることが可能であることを確認した。この条件での理論屈折率は１．８以上となる。そのほか、メチルメタクリレート（ＭＭＡ）や、エステル結合を有し側鎖が短い場合には、様々な多官能性モノマーにも分散させることが可能であることを確認した。
得られる複合溶液の重合反応を熱重合あるいは光重合によって実施した。ＡＩＢＮをラジカル開始剤として添加した系では、ＭＭＡおよびＨＥＭＡ系において加熱で容易に重合が進むことを確認した。一方、光増感剤を添加した光重合系では、高含有ＷＯｘ系では重合が進行しにくいことを確認した。これは、高濃度では、ＷＯｘの吸収帯の一部が光増感剤の吸収領域と重なるためである。
重力場に曝すことによる組成の傾斜化についても一部検討を進めた。４０℃でラジカル開始が可能な低温型開始剤を用い、遠心分離機中で重合を行い、屈折率を測定したところ、重力の低い領域ではほぼポリマー成分の屈折率（約１．５）が検出され、また高重力に曝された領域では、約１．６～１．６５程度の屈折率が得られ、当初の目的を実現できることがわかった。
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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
本年度は、重合性モノマーとポリへテロ酸との複合化ならびにその重合に関する基礎研究を中心に研究を進めた。とくにモノマーの化学構造とポリへテロ酸との相溶性との関係や、重合開始剤（熱重合系、光重合系）の適用性などに対して重要な知見が得られた。
また、傾斜組成化については、汎用性の遠心分離機を適用して試験的に実施し、期待通りの屈折率の傾斜化を確認することができた。
総括として、当初目標通りの成果が得られただけでなく、次年度以降に繋がる基礎的知見の集積されたため、研究計画通り、概ね順調に進んでいると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初計画を基本に計画プラン（１）～（３）を立て、遂行する予定である。また、新たな課題として（４）～（６）に示す点についても焦点を当て、研究を行う。
（１）得られる傾斜構造化物のより詳細な構造解析を、元素分析、熱量分析、固体ＮＭＲ分析等により実施し、傾斜構造制御を実現するための要素を確認する。（２）前年度は重合による複合化を中心に実施してきたので、今年度はポリマー系との複合化についても検討する。ポリマーにはヘテロポリ酸と相溶性の高いポリメチルメタクリレートやポリヒドロキシエチルメタクリレートを主に適用する。これらのマトリックスポリマーの立体規則性等の効果についても併せて検討する。（３）重合反応に及ぼす重力場の効果、たとえば重合度や重合分布に及ぼす効果についての基礎研究も実施する。
（４）高含有量のヘテロポリ酸を含む複合系では、ヘテロポリ酸の吸収帯が光増感剤の吸収と重なり、重合反応が阻害されることが前年度の研究により判明したため、新たな光増感剤の探索あるいは励起波長の最適化等を検討する。（５）高屈折率化を目指すには、ヘテロポリ酸の含有量だけでなく、原料となるへテロポリ酸中の吸着水についてもその除去法を検討する必要がある。吸着水を除去するプロセスについても併せて検討する。（６）重合系では、傾斜構造化が当初予想より比較的小さな重力場で実現できることが判明したため、次年度以降も汎用性の遠心機を活用してプロセスの簡素化を図る。
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| Causes of Carryover |
次年度に外部委託費（測定・評価等）ならびに国際会議での発表に必要な経費が発生すると判断し、当初予定していた物品（器具や試薬等）等の購入を別途予算で賄ったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
合成・作製のための器具、試薬等のほか、外部委託費（測定・評価等）ならびに国際会議での発表等のための旅費として使用する。
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Research Products
(1 results)
