| 研究課題/領域番号 |
19K04427
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21030:計測工学関連
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
小野寺 武 九州大学, システム情報科学研究院, 准教授 (50336062)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2019年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
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| キーワード | 逆オパール型 / フォトニック結晶 / 匂いセンサ / アンモニア / ナノホールアレイ / 逆オパール |
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| 研究開始時の研究の概要 |
近年フォトニック結晶（PC）を用いた化学センサは，化学物質の結合や吸着に伴い屈折率や結晶格子面間隔が変化し，結果として周期構造による発色（構造色）が変化することを利用したセンサである．本研究は，逆オパール型フォトニック結晶に基づく匂いセンサの高感度化のため，メソ孔（2-50 nm径孔）導入の最適化および化学センサ応用例の少ない面欠陥導入技術の確立を行う．自己組織化プロセスを利用し，フォトニックバンドギャップを最適化し，面欠陥の導入に伴う光の局在効果により応答シグナルの増強を行う．匂い物質（ガス状化学物質）に対する選択性は，凝集有機発光物質や蛍光性金属錯体による分子認識を用いて実現する．
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| 研究成果の概要 |
本研究では，二つの異なるサイズのポリスチレン(PS)ナノ粒子とシリカの前駆体材料（オルトケイ酸テトラエチル:TEOS）を混在させ，粒子と基材の自己組織化により，メソ孔導入型逆オパール型フォトニック結晶(IOPC)を得た．アンモニアと反応する凝集誘起発光物質（AIE）の前駆体を固定化し，10 ppbのアンモニアガスを検出することが可能となった．また，PS粒子と混在させるTEOSの濃度調整により，層間距離を調整し，フォトニックバンドギャップのバンド端とAIE物質の蛍光波長とマッチングさせることができた．応用として，PSナノ粒子の1層膜をマスクとし，ナノホールアレイを簡便に作製する方法を確立した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
逆オパール型フォトニック結晶（IOPC）にメソ孔を導入し，凝集誘起発光物質と組み合わせて匂い物質であるアンモニアを高感度に検知する方法の提案を行った．さらに，高感度化の方法として，空隙間距離をシリカ前駆体の添加量により簡便に調整する方法を提案した．単層のポリスチレンナノ粒子によるフォトニック結晶をスパッタのマスクとして利用し，ナノホールアレイを作製することができる．そのために，移流集積法を用いたマスク作製方法を確立した．
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