環境調和に基づいた有機分子プローブ搭載シリコン量子ドットの1ステップ合成法の開発

• 研究課題/領域番号: 19710100
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: ナノ材料・ナノバイオサイエンス
• 研究機関: 独立行政法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 白幡 直人 独立行政法人物質・材料研究機構, ナノセラミックスセンター, 主任研究員 (80421428)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2008
• 研究課題ステータス: 完了 (2008年度)
• 配分額: 3,510千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 210千円); 2008年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2007年度: 2,600千円 (直接経費: 2,600千円)
• キーワード: シリコン / ナノ粒子 / 量子閉じ込め効果 / 光物性 / 自己組織化 / 表面 / 液相合成 / シリコンナノ結晶粒子 / 量子効果 / 有機単分子膜 / アンチマルコフニコフ則 / レーザー化学合成 / 半導体量子ドット / 蛍光発光

研究概要

本研究では、グリーンケミストリーに立脚した溶媒フリーの条件下で、Si量子ドットを合成するための方法を開発した。具体的には、リガンド前駆体中へ、固体状バルクシリコンを浸漬、当該バルク表面をレーザー照射することにより、Siナノ結晶粒子の生成と粒子表面へのリガンド固定を同時に達成できることを見出した。これにより、分子認識プローブを有するSi量子ドットを1ステップで合成、精製処理の不用な循環環境型合成法を確立した。

研究成果

• [雑誌論文] Micro-emulsion Synthesis of Blue Luminescent Silicon Nanoparticles Stabilized with Alkoxy Monolayers (2009)
  • 著者名/発表者名: N. Shirahata, S. Furumi, Y. Sakka
  • 雑誌名: J. Cryst. Growth 311 ページ: 634-637
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Effect of Surface Free Energy on PDMS Transfer in Microcontact Printing, and Its Application to ToF-SIMS to Probe Surface Energies (2009)
  • 著者名/発表者名: L. Yang, N. Shirahata, G. Saini, F. Zhang, L. Pei, M. C. Asplund, D. Kurth, K. Ariga, K. Sautter, T. Nakanishi, V. Smentkowski, M. R. Linford
  • 雑誌名: Langmuir 25 ページ: 5674-5683
  • 査読あり
• [雑誌論文] Aqueous Dispersions of Carbon Nanotubes Stabilized by Zirconium Acetate (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Furumi, T. Uchikoshi, N. Shirahata, T. Suzuki, Y. Sakka
  • 雑誌名: J. Nanosci. Nanotech 9 ページ: 662-665
  • 査読あり
• [雑誌論文] Wavelength-Selectivity in Photochemical Reaction between 1-Alcohol and Hydrogen-terminated Silicon (2009)
  • 著者名/発表者名: N. Shirahata, A. Hozumi, Y. Sakka
  • 雑誌名: J. Nanosci. Nanotech 9 ページ: 666-669
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication of Well-defined Microdomains Composed of Aldehyde- and Carboxy-terminated Self-assembled Monolayers (2009)
  • 著者名/発表者名: A. Hozumi, H. Taoda, T. Saito, N. Shirahata
  • 雑誌名: J. Nanosci. Nanotech 9 ページ: 455-460
  • 査読あり
• [雑誌論文] Micro-emulsion Synthesis of Blue Luminescent Silicon Nanoparticles Stabilized with Alkoxy Monolayers (2009)
  • 著者名/発表者名: N. Shirahata, S. Furumi, Y. Sakka
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 311 ページ: 634-637
  • 査読あり
• [雑誌論文] Wavelength-Selectivity in Photochemical Reaction between 1-Alcohol and Hydrogen-terminated Silicon (2009)
  • 著者名/発表者名: N. Shirahata, A. Hozumi, Y. Sakka
  • 雑誌名: Journal of Nanoscience and Nanotechnology 9 ページ: 666-669
  • 査読あり
• [雑誌論文] Aqueous Dispersions of Carbon Nanotubes Stabilized by Zirconium Acetate (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Furumi, T. Uchikoshi, N. Shirahata, T. Suzuki, Y. Sakka
  • 雑誌名: Journal of Nanoscience and Nanotechnology 9 ページ: 662-665
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication of Well-defined Microdomains Composed of Aldehyde- and Carboxy-terminated Self-assembled Monolayers (2009)
  • 著者名/発表者名: A. Hozumi, H. Taoda, T. Saito, N. Shirahata
  • 雑誌名: Journal of Nanosciehce and Nanotechnology 9 ページ: 455-460
  • 査読あり
• [雑誌論文] Liquid Manipulation Lithography to Fabricate a Multifunctional Microarray of Organosilanes on an Oxide Surface under Ambient Conditions (2008)
  • 著者名/発表者名: N. Shirahata, J. Nakanishi, Y. Echikawa, A. Hozumi, Y. Masuda, S. Ito, Y. Sakka
  • 雑誌名: Adv. Funct. Mater 18 ページ: 3049-3055
  • 査読あり
• [雑誌論文] One-Step Growth of ca. 2-15 nm Polymer Thin Films on Hydrogen-Terminated Silicon (2008)
  • 著者名/発表者名: R. B. Blake, L. Pei, L. Yang, M. V. Lee, H. J. Conley, R. C, Davis, N. Shirahata, M. R. Linford
  • 雑誌名: Macromol. Rap. Commun 29 ページ: 638-644
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fusion and Growth Behavior of a Gold Nanoparticle Stabilized by Allylmercaptane (2008)
  • 著者名/発表者名: N. Shirahata, T. Yonezawa, Y. Matsushita, Y. Masuda, K. Koumoto
  • 雑誌名: Macromole. Symp 270 ページ: 82-87
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation of aldehyde- and carboxy-terminated self-assembled monolayers on SiO2 surfaces (2008)
  • 著者名/発表者名: A. Hosumi, H. Taoda, T. Saito, N. Shirahata
  • 雑誌名: Surf. Interf. Anal 40 ページ: 408-411
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fluorescence Detection and Imaging of Amino-functioanlized Organic Monolayer (2008)
  • 著者名/発表者名: N. Shirahata, S. Furumi, Y. Masuda, A. Hozumi, Y. Sakka
  • 雑誌名: Thin Solid Films 516 ページ: 2541-2546
  • 査読あり
• [雑誌論文] Conductive Polymer Coating on Non-conductive Ceramic Substrates for Use in Electrophoretic Deposition Process (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Uchikoshi, S. Furumi, N. Shirahata, T. Suzuki, Y. Sakka
  • 雑誌名: J. Am. Ceram. Soc 91 ページ: 1674-1677
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nano-Carbon Superhydrophobic Surfaces Created from Fullerene Based Hierarchical Supramolecular Assemblies (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Nakanishi, T. Michinobu, K. Yoshida, N. Shirahata, K. Ariga, H. Moehwald, D. Kurth
  • 雑誌名: Adv. Mater 20 ページ: 443-446
  • 査読あり
• [雑誌論文] Liquid Manipulation Lithography to Fabricate a Multifunctional Microarray of Organosilanes on an Oxide Surface under Ambient Conditions (2008)
  • 著者名/発表者名: N. Shirahata, J. Nakanishi, Y. Echikawa, A. Hozumi, Y. Masuda, S. Ito, Y. Sakka
  • 雑誌名: Advanced Functional Materials 18 ページ: 3049-3055
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fusion and Growth Behavior of a Gold Nanoparticle Stabilized by Allylmercaptane (2008)
  • 著者名/発表者名: N. Shirahata, T. Yonezawa, Y. Matsushita, Y. Masuda, K. Koumoto
  • 雑誌名: Macromolecualr Symposia 270 ページ: 82-87
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation of aldehyde- and carboxy-terminated self-assembled monolayers on SiO2 surfaces (2008)
  • 著者名/発表者名: A. Hosumi, H. Taoda, T. Saito, N. Shirahata
  • 雑誌名: Surface and Interface Analysis 40 ページ: 408-411
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nano-Carbon Superhydrophobic Surfaces Created from Fullerene Based Hierarchical Supramolecular Assemblies (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Nakanishi, T. Michinobu, K. Yoshida, N. Shirahata, K. Ariga, H. Moehwald, D. Kurth
  • 雑誌名: Advanced Materials 20 ページ: 443-446
  • 査読あり
• [雑誌論文] Conductive Polymer Coating on Non-conductive Ceramic Substrates for Use in Electrophoretic Deposition Process (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Uchikoshi, S. Furumi, N. Shirahata, T. Suzuki, Y. Sakka
  • 雑誌名: Journal of the American Ceramic Society 91 ページ: 1674-1677
  • 査読あり
• [雑誌論文] One-Step Growth of ca. 2-15 nm Polymer Thin Films on Hydrogen-Terminated Silicon (2008)
  • 著者名/発表者名: R. B. Blake, L. Pei, L. Yang, M. V. Lee, H. J. Conley, R. C. Davis, N. Shirahata, M. R. Linford
  • 雑誌名: Macromolecular Rapid Communications 29 ページ: 638-644
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of Titania Thin Films by Cathodic Electrolytic Deposition (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Uchikoshi, H. Takahashi, N. Shirahata, Y. Sakka
  • 雑誌名: J. Ceram. Soc. Jpn 115 ページ: 818-820
  • NAID: 110006546360
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photografting and Patterning of Oligonucleotides on Benzophenone Modified Boron-doped Diamond (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Szunerits, N. Shirahata, P. Actis, J. Nakanishi, R. Boukherroub
  • 雑誌名: Chem. Commun ページ: 2793-2795
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reproducible Microfabrication Method for a Metal Oxide Film on a Chemical Template of Self-assembled Monolayer (2007)
  • 著者名/発表者名: N. Shirahata, Y. Sakka, A. Hozumi
  • 雑誌名: Trans. Mater. Res. Soc. Jpn 32 ページ: 755-758
  • NAID: 130007922847
  • 査読あり
• [雑誌論文] Positioning of Cationic Silver Nanoparticle by Using AFM Lithography and Electrostatic Interaction (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Yonezawa, T. Itoh, N. Shirahata, Y. Masuda, and Kunihito Koumoto
  • 雑誌名: Appl. Surf. Sci 254 ページ: 621-626
  • 査読あり
• [雑誌論文] Surface Design for Precise Control of Spatial Growth of a Mesostructured Inorganic/Organic Film on a Large-scale Area (2007)
  • 著者名/発表者名: A. Hozumi, S. Kojima, S. Nagano, T. Seki, N. Shirahata, T. Kameyama
  • 雑誌名: Langmuir 23 ページ: 3265-3272
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photografting and Patterning of Oligonucleotides on Benzophenone Modified Boron-doped Diamond (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Szunerits, N. Shirahata, P. Actis, J. Nakanishi, R. Boukherroub
  • 雑誌名: Chemical Communications ページ: 2793-2795
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reproducible Microfabrication Method for a Metal Oxide Film on a Chemical Template of Self-assembled Monolayer (2007)
  • 著者名/発表者名: N. Shirahata, Y. Sakka, A. Hozumi
  • 雑誌名: Transactions of the Materials Research Society of Japan 32 ページ: 755-758
  • NAID: 130007922847
  • 査読あり
• [学会発表] A surface chemistry leading to the unique optical properties from silicon nanopartides (2009)
  • 著者名/発表者名: N. Shirahata
  • 学会等名: MANA International Symposium 2009
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 2009-02-26
• [学会発表] 非酸化Siナノ粒子の液相合成とその光物性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 白幡直人
  • 学会等名: 日本セラミックス協会2009年年会
  • 発表場所: 東京理科大学
• [学会発表] A surface chemistry leading to the unique optical properties from silicon nanoparticles (2009)
  • 著者名/発表者名: N. Shirahata
  • 学会等名: MANA International Symposium 2009
  • 発表場所: Epochal Tsukuba, Tsukuba
• [学会発表] Designing Organic-functionalized Nanoculsters of Silicon for Environment-conscious Optical Applications (2008)
  • 著者名/発表者名: N. Shirahata
  • 学会等名: The 9th International Symposium on Ceramic Materials and Components for Energy and Environmental Applications
  • 発表場所: Shanghai, China
  • 年月日: 2008-11-11
• [学会発表] Contrast Stamping in Microcontact Printing as a Contrast Agent for Surface Imaging by ToF-SIMS (2008)
  • 著者名/発表者名: L. Yang, N. Shirahata, G Saini, F. Zhang, L. Pei, M.C. Asplund, D. Kurtti, K. Ariga, K. Sautter, T. Nakanishi, V. Smentkowski, M. R. Linford
  • 学会等名: SIMS Europe 2008 6th European Workshop on Secondary Ion Mass Spectrometry
  • 発表場所: University of Miinster, Germany
  • 年月日: 2008-09-14
• [学会発表] Transfer Stamping: A New Tof-SIMS Contrast Agent (2008)
  • 著者名/発表者名: L. Yang, R. C. Davis, N. Shirahata, K. Sautter, T. Nakanishi, M. R. Linford
  • 学会等名: ACS 82nd Colloid & Surface Science Symposium
  • 発表場所: NC State University
  • 年月日: 2008-06-18
• [学会発表] Organometallic Chemistry on Silicon Nanoclusters: Synthesis, Quantum Confinement & Technological Potentials (2008)
  • 著者名/発表者名: N. Shirahata
  • 学会等名: 2008 ACS Regional Meeting: 63rd/21st Joint Northwest and Rocky Mountain Regional Meeting (2008 NORM/RMRM) of the American Chemical Society
  • 発表場所: Park City, UT, U.S.A
  • 年月日: 2008-06-16
• [学会発表] Transfer In Microcontact Printing as a Contrast Agent for Tof-SIMS Imaging (2008)
  • 著者名/発表者名: L. Yang, N. Shirahata, M. R. Linford
  • 学会等名: 2008 ACS Regional Meeting: Joint 63rd Northwest/21st Rocky Mountain Regional Meeting
  • 発表場所: Park City, UT. U.S.A.
  • 年月日: 2008-06-16
• [学会発表] Room-temperature Synthesis of Organically-capped Silicon (2008)
  • 著者名/発表者名: N. Shirahata, T. Tsuruoka, T. Hasegawa, Y. Sakka
  • 学会等名: The 4th Asian Conference on Crystal Growth and Cryst al Technology
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2008-05-21
• [学会発表] Designing Organic- functionalized Nanoculsters of Silicon for Environment-conscious Optical Applications (2008)
  • 著者名/発表者名: N. Shirahata
  • 学会等名: The 9th International Symposium on Ceramic Materials and Components for Energy and Environmental Applications
  • 発表場所: 2008 Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai, China
• [学会発表] 有機安定化シリコン量子ドットからの発光 (2008)
  • 著者名/発表者名: 白幡直人、鶴岡徹、長谷川剛、目義雄
  • 学会等名: 第57回高分子討論会
  • 発表場所: 大阪市立大学
• [学会発表] 有機単分子被覆が導くSiナノ粒子からの室温発光起源の解明 (2008)
  • 著者名/発表者名: 白幡直人、鶴岡徹、長谷川剛、目義雄
  • 学会等名: 第61回コロイドおよび界面化学討論会
  • 発表場所: 九州大学
• [学会発表] 有機分子安定化Siナノ粒子の1ステップ合成 (2008)
  • 著者名/発表者名: 白幡直人、鶴岡徹、Matthew R. Linford, Matthew C. Aspund,長谷川剛、目義雄
  • 学会等名: 第61回コロイドおよび界面化学討論会
  • 発表場所: 九州大学
• [学会発表] Si-C結合を利用したシリコン基板上での糖単分子膜の形成 (2008)
  • 著者名/発表者名: 船戸幸司、白幡直人、三浦佳子
  • 学会等名: 第61回コロイドおよび界面化学討論会
  • 発表場所: 九州大学
• [学会発表] Organometallic Chemistry on Silicon Nanoclusters : Synthesis, Quantum Confinement & Technological Potentials (2008)
  • 著者名/発表者名: N. Shirahata
  • 学会等名: 2008 ACS Regional Meeting : 63rd/21st Joint Northwest and Rocky Mountain Regional Meeting (2008 NORM/RMRM) of the American Chemical Society
  • 発表場所: Park City, UT, U.S.A.
• [学会発表] Room-temperature Synthesis of Organically-capped Silicon (2008)
  • 著者名/発表者名: N. Shirahata, T. Tsuruoka, T. Hasegawa, Y. Sakka
  • 学会等名: The 4th Asian Conference on Crystal Growth and Crystal Technology
  • 発表場所: Tohoku University, Sendai, Japan
• [学会発表] 水溶液プロセスを利用したフレキシブル基板への酸化スズの低温成長 (2007)
  • 著者名/発表者名: 白幡直人、穂積篤
  • 学会等名: 第20回日本セラミックス協会秋季シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋工業大学
  • 年月日: 2007-09-12
• [学会発表] Multi-functional Microarrays of Self-assembled Monolayers Fabricated by Injecting Alkoxysilane-based Molecular Inks (2007)
  • 著者名/発表者名: N. Shirahata, Y. Sakka
  • 学会等名: The NIMS Conference 2007 on Recent Breakthroughs in Materials Science and Technology
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 2007-07-11
• [学会発表] 半導体シリコン表面における分子化学変換 (2007)
  • 著者名/発表者名: 白幡直人、目義雄
  • 学会等名: 第22回茨城地区「若手の会」交流会
  • 発表場所: いこいの村涸沼
• [学会発表] 水溶液プロセスを利用したフレキシブル基板への酸化スズの低温成長 (2007)
  • 著者名/発表者名: 白幡直人、穂積篤
  • 学会等名: 第20回日本セラミックス協会秋季シンポジウム
  • 発表場所: 名工大
• [図書] Soft Nanomaterials Vol.1 (2009)
  • 著者名/発表者名: N. Shirahata
  • 出版者: American Scientific Publishers
• [図書] 超分子サイエンス&テクノロジー (2009)
  • 著者名/発表者名: 白幡直人
  • 出版者: (株)エヌ・ティー・エス
• [図書] ナノ粒子の創製と応用展開 (2008)
  • 著者名/発表者名: 白幡直人
  • 出版者: (株)フロンティア出版
• [図書] ナノ粒子の創製と応用展開「シリコンナノ結晶粒子」 (2008)
  • 著者名/発表者名: 白幡直人
  • 総ページ数: 7
  • 出版者: フロンティア出版
• [図書] 超分子アニュアルレビュー「半導体上における有機単分子膜の機能」 (2008)
  • 著者名/発表者名: 白幡直人
  • 総ページ数: 2
  • 出版者: 社団法人 高分子学会 超分子研究会
• [図書] マテリアルインテグレーション第20巻2号 (2007)
  • 著者名/発表者名: 白幡直人
  • 出版者: 月刊
• [図書] 超分子アニュアルレビュー (2007)
  • 著者名/発表者名: 白幡直人
• [産業財産権] 発光素子 (2009)
  • 発明者名: 白幡直人,鶴岡徹,目義雄,長谷川剛
  • 権利者名: (独)物質・材料研究機構
  • 産業財産権番号: 2009-052779
  • 出願年月日: 2009-03-06
• [産業財産権] 有機分子膜被覆ナノ結晶粒子と有機分子膜被覆ナノ粒子の製造方法 (2009)
  • 発明者名: 白幡直人,目義雄
  • 権利者名: (独)物質・材料研究機構
  • 産業財産権番号: 2009-037746
  • 出願年月日: 2009-02-20
• [産業財産権] 発光素子 (2009)
  • 発明者名: 白幡直人、鶴岡徹、目義雄、長谷川剛
  • 権利者名: (独)物質・材料研究機構
  • 産業財産権番号: 2009-052779
  • 出願年月日: 2009-03-06
• [産業財産権] 有機分子膜被覆ナノ結晶粒子と有機分子膜被覆ナノ粒子の製造方法 (2009)
  • 発明者名: 白幡直人、目義雄
  • 権利者名: (独)物質・材料研究機構
  • 産業財産権番号: 2009-037746
  • 出願年月日: 2009-02-20