2014 Fiscal Year Annual Research Report
分子間エネルギー移動の効率支配機構の解明に基づく高効率光アップコンバーターの創出
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26709010
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
村上 陽一 東京工業大学, 理工学研究科, 准教授 (80526442)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | マイクロ熱工学 / 光エネルギー高効率利用 / 光応用工学 / イオン液体 / 分子回転ダイナミクス / 三重項-三重項消滅 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，太陽電池や光触媒等の光エネルギー変換系において，現在未利用な「閾値波長より長波長側の光」を利用可能なより短波長な光に変換する「光アップコンバージョン（UC）」に関する．太陽光のような低強度なランダム偏光光に対して適用可能なUC法として，有機分子の「三重項-三重項消滅（TTA）」という分子間エネルギー過程を利用する方式が注目を集めている．この方式は従来主に有機溶媒を用いて行われてきたが，その可燃性と揮発性が応用上の問題があったのに対し，不揮発・不燃なイオン液体を用いたUC 試料を独自に発明している．続く研究から，UC効率のイオン液体種類への依存性がTTA過程に起因していることを突き止め，それに対して仮説を提案している．この点の研究・検証が，UC効率の向上指針を健全な裏づけとともに確立するために重要である．
本年度は，本課題の実験に必要な「分子回転ダイナミクス計測システム」の構築に着手，実施した．具体的には，まず，新たに入手した実験室の整備，大型光学台（中古品・無料譲渡）の移転・設置作業を行い，配電系統などのインフラ整備を行った．また，システムの光学系・光検出系・温度制御系に関する物品選定と導入を行った．なお，本システムは独自設計の機械部品群（部品数約40点）からなる大掛かりな機械システムであり，年度初めより3次元CADを駆使して精力的に設計・検討に取り組み，全部品の設計および図面作成が完了したのが12月，外部に製作を委託し，納品されたのが3月であった．その後システムの組み立てを行い，運用開始直前の状態に漕ぎ着けている．
これに並行し，新規なタイプの独自UC試料の創製とそのキャラクタリゼーションに取り組んだ（一部特許未出願）．例として，イオン液体ゲルを媒体とした光アップコンバーターを創製，その発光の時間分解計測とその結果の解析を通じ，ゲル試料内部における特異な分子輸送特性を明らかにした．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
交付申請書に記載したH26年度の計画では，年度内に「分子回転ダイナミクス計測システム」の構築を終えた上，実験にも着手する計画であったが，上記「研究実績の概要」中に述べたように，スピード感を持って精力的に取り組んだものの，3次元CADを使用した設計検討の初期段階において，本システムが，当初予想を超える約40点の機械部品群を要する大掛かりなものとなることが判明した事，また，このメカニカルな部品群に対して，光学系（レーザー・レンズ・偏光子・分光器など），光検出系（光電子増倍管）・温度制御系（ペルチェユニットモジュールと温度センサー群），回路保護系（分光器前に設置する，光電子増倍管を過電流損傷から保護するためのから自動動作安全シャッター）を機能的に統合した“システム”としての設計最適化に，交付申請書作成時点で想定したより多くの時間を必要とした事が原因である．また，機械部品群の製作を外部業者に委託したが，その納期に約2ヶ月の時間を要したことも原因である．
なお，このことを裏返せば，本課題の目的達成に向けて，望ましい性能を有する実験計測システムが構築できたということである．すなわち，急いで簡単だが不備の多い実験システムを作り，後になってから（精度や制御の面で）苦労するより，基礎となる実験システムに初年度である今年度，必要かつ十分な設計検討の労力を割いたことは，今後の本研究の進展に必ず益するものであると信ずるものである．
一方，上記「研究実績の概要」中に述べたように，本年度は，計測システムの設計・構築と並行し，新しいタイプのUC試料の創製とキャラクタリゼーションにも取り組んだ．この点については，おおむね順調に進展している．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後（H27年度，二年度目）は，H26年度にほぼ完成に漕ぎ着けた上述の計測システムの最後の調整・仕上げを行い，速やかに実験を開始してゆく．これは当初計画通りの研究推進の方向性であり，しっかりとした健全な実験系を構築できたことは，今後の研究推進に有利になると考えられる要因である．また，分子回転ダイナミクス計測を通じたメカニズム解明の取り組みと並行し，またそこから知見を活用し，より高いUC効率を有する試料創出の探索も進めてゆく．
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| Causes of Carryover |
研究計画調書において平成27年度に必要な研究経費として992万円を計算・申請したが，平成26年度初頭に通知を受けた「H27年度交付内約額」では600万円（補助金＋助成金）と，申請額から大幅な減額となった．このため，研究計画調書においてH27年度の研究遂行に必要な備品として記載した「循環精製装置付きグローブボックス（814万円）」の購入が困難になることが予想された．
研究計画調書に記載の通り，上記備品はH27年度に必要となる．この事情から，H26年度における備品の購入を，当初新品を購入する予定だったものを中古品（再生品）に変更したり，所属機関内の教員から中古の物品を無料で貰い受けたりするなどの予算使用節約の工夫を随所に重ね，当初の想定より大幅な予算使用抑制を行い，この分を，上記の必要備品（グローブボックス）導入のために確保したことから，次年度使用額が発生した．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
発生した次年度使用額は，H27年度請求分と合わせ，研究計画調書に元々記載した通り，本年度研究に必要となる「循環精製装置付きグローブボックス」の購入に充てる．
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