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グラフィティックカーボンナイトライドの配向制御に基づく新しい応用探索

研究課題

研究課題/領域番号 14J08678
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 グリーン・環境化学
研究機関東京大学

研究代表者

荒添 弘樹  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2014-04-25 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
2016年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2015年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2014年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワードCarbon Nitride / Film / Actuator / Refractive Index / カーボンナイトライド / 薄膜 / アクチュエーター / 屈折率 / 光触媒
研究実績の概要

カーボンナイトライドポリマー (以下GCN) 薄膜の作成条件を検討していく中で、特定の条件下で作製された薄膜がアクチュエーター特性を示すことを見出し、本年度でNature Materials誌に筆頭著者として採択された。また高度に配向したGCN薄膜が可視、近赤外領域で 2.0 を超える面内方向の屈折率を有することを発見した。エリプソメトリーにより窒素雰囲気下で無塩ガラス基板上に作製した薄膜の屈折率を測定したところ、面内方向の屈折率は可視領域から近赤外領域 (420 nm < λ < 1690 nm) において、2.14 < n平行 < 2.76 と非常に高い屈折率を示した。
モルフォ蝶など、微細構造からなる構造色は角度依存性が小さいことが知られているが、人の手で人工的に再現するには複雑なプロセスを必要とする。一方で、GCN 薄膜のように非常に大きい屈折率を有する薄膜の干渉色は、薄膜を形成するだけで同様の効果が得ることができる。例えばGCN 薄膜コーティングされた炭素材料は、高屈折率からなる干渉色により鮮やかで均一な色を示すことができる。さらに編み込んだ炭素繊維上にも直接コーティングすることが可能であり、意匠性を失わないことが確認できた。
また膜厚方向の屈折率は可視領域から近赤外領域の波長で 1.43 < n垂直 < 1.53 であり、面内方向に比べて低い値であった。よって複屈折の絶対値は 0.71 < Δn < 1.22 であった。この絶対値は方解石、 酸化チタン、高分子薄膜などの報告されている値の中で最も高い値である。本研究の GCN 薄膜のような高い複屈折を有する薄膜を用いれば、非常に少ない層でも十分に偏光を分離することが可能であり、低コスト化などが期待できる。これらの研究成果をもとに特許を4報出願している。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2016 2015 2014 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件) 備考 (2件) 産業財産権 (4件)

  • [国際共同研究] Max Planck Institute(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [雑誌論文] An autonomous actuator driven by fluctuations in ambient humidity2016

    • 著者名/発表者名
      H. Arazoe, D. Miyajima, K. Akaike, F. Araoka, E. Sato, T. Hikima, M. Kawamoto, T. Aida
    • 雑誌名

      Nature Materials

      巻: 15 号: 10 ページ: 1084-1089

    • DOI

      10.1038/nmat4693

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 高機能メタルフリー光触媒の開発2014

    • 著者名/発表者名
      宮島大吾・荒添弘樹・相田卓三
    • 雑誌名

      ケミカルエンジニアリング

      巻: VOl.59 NO.11 ページ: 42-47

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 謝辞記載あり
  • [学会発表] Development of the novel film actuator with carbon nitride polymers2015

    • 著者名/発表者名
      荒添弘樹
    • 学会等名
      PACIFICHEM 2015
    • 発表場所
      Honolulu (U.S.A.)
    • 年月日
      2015-12-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] カーボンナイトライドポリマーからなる薄膜アクチュエーター2015

    • 著者名/発表者名
      荒添弘樹
    • 学会等名
      第64回高分子討論会
    • 発表場所
      東北大学 (宮城県 仙台市)
    • 年月日
      2015-09-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] グラフィティックカーボンナイトライドの薄膜化と応用2014

    • 著者名/発表者名
      荒添弘樹・宮島大吾・相田卓三
    • 学会等名
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学, 北海道
    • 年月日
      2014-09-17 – 2014-09-20
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] グラフィティックカーボンナイトライド薄膜の開発2014

    • 著者名/発表者名
      荒添弘樹・宮島大吾・相田卓三
    • 学会等名
      第63回高分子学会年次大会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場, 名古屋
    • 年月日
      2014-05-28 – 2014-05-30
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [備考] 環境の変化を感知し、半永久的に駆動するアクチュエーター -わずかな湿度の揺らぎを動力源とする新技術-

    • URL

      http://www.riken.jp/pr/press/2016/20160719_1/

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] 東京大学工学部 (ポスター賞)

    • URL

      http://www.t.u-tokyo.ac.jp/epage/topics/2014/20140718001.html

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [産業財産権] 光学素子、および当該光学素子を備えている発光素子2016

    • 発明者名
      荒添弘樹 他9名
    • 権利者名
      荒添弘樹 他9名
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2016-107955
    • 出願年月日
      2016-05-30
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [産業財産権] 光輝材およびその利用2016

    • 発明者名
      荒添弘樹, 宮島大吾, 佐藤枝美子, 相田卓三
    • 権利者名
      荒添弘樹, 宮島大吾, 佐藤枝美子, 相田卓三
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2016-107957
    • 出願年月日
      2016-05-30
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [産業財産権] 着色された炭素材料の製造方法2016

    • 発明者名
      荒添弘樹, 宮島大吾, 佐藤枝美子, 相田卓三
    • 権利者名
      荒添弘樹, 宮島大吾, 佐藤枝美子, 相田卓三
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2016-107950
    • 出願年月日
      2016-05-30
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [産業財産権] 偏光子、光アイソレータ、及び偏光抽出方法2016

    • 発明者名
      荒添弘樹, 宮島大吾, 佐藤枝美子, 相田卓三, 半田敬信
    • 権利者名
      荒添弘樹, 宮島大吾, 佐藤枝美子, 相田卓三, 半田敬信
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2016-188834
    • 出願年月日
      2016-09-27
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

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公開日: 2015-01-22   更新日: 2024-03-26  

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