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単分子/ナノ粒子ヘテロ界面構造操作に基づく発光特性制御

研究課題

研究課題/領域番号 21710095
研究種目

若手研究(B)

配分区分補助金
研究分野 ナノ構造科学
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, 主幹研究員 (80421428)

研究期間 (年度) 2009 – 2010
研究課題ステータス 完了 (2010年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2010年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2009年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
キーワードナノ材料 / 光物性 / 量子閉じ込め / 環境材料 / シリコン / 表面 / 界面 / 発光 / ナノコンタクト / 環境半導体 / 蛍光 / 単分子
研究概要

紫外波長領域において高輝度発光するシリコン(Si)ナノ粒子の発見に基づき、本研究課題では、この新しいナノ構造体の発光機構及び、発光波長チューニングの可能性を、Si/有機単分子コア/シェル界面構造制御を通じて明らかにした。
当該発光メカニズムを明らかにするために、(1)Siコア構造と、(2)シェル/コア界面化学構造の両面から調べたところ、高輝度紫外発光を導くには、(1)非酸化結晶性コア構造を構築し、(2)コア径を2.5nmより小さい粒子径にナノサイズ化すれば良く、さらに、2.5nm以下で粒度分布を制御することで、300-400nmの発光波長域でサイズ効果を見出せることを明らかにした。このサイズに依存した発光現象挙動は、Siコアと単分子シェルの接合界面における極性には影響を受けないことを「Si-C」および「Si-O」系のモデル界面を構築することで実証した。界面結合様式に選択性を与えることは、ナノ粒子を単分子修飾する際の反応系オプションを制限しないという格別の効果を導く。これらの結果、Siナノ粒子は紫外-近赤外の非常に広い波長域で、蛍光発光波長を可変できる他に類を見ないユニークな物質であることが明らかとなった。

報告書

(3件)
  • 2010 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2009 実績報告書
  • 研究成果

    (85件)

すべて 2011 2010 2009

すべて 雑誌論文 (47件) (うち査読あり 40件) 学会発表 (32件) 図書 (6件)

  • [雑誌論文] Colloidal Si nanocrystals : A controlled organic-inorganic interface and its implications of color-tuning and chemical design toward sophisticated architectures2011

    • 著者名/発表者名
      N.Shirahata
    • 雑誌名

      Phys.Chem.Chem.Phys.(Perspective Article ) 13

      ページ: 7284-7294

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    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ultrabroad Near Infrared Photoluminescence from Bi5(AlCl4)3 Crystal2011

    • 著者名/発表者名
      H.Sun, Y.Sakka, H.Gao, Y.Miwa, M.Fujii, N.Shirahata, Z.Bai, J.Li
    • 雑誌名

      J.Mater.Chem.(Hot Article) 21

      ページ: 4060-4063

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  • [雑誌論文] Photoluminescence, cytotoxicity and in vitro imaging of hexagonal terbium phosphate nanoparticles doped with europium2011

    • 著者名/発表者名
      W.Di, Y.Sakka, N.Shirahata, J.Li, N.Pinna
    • 雑誌名

      Nanoscale 3

      ページ: 1263-1269

    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Highly Fluorescent Silica-Coated Bismuth Doped Aluminosilicate Nanoparticles for Near Infrared Bioimaging2011

    • 著者名/発表者名
      H.Sun, J.Yang, M.Fujii, Y.Sakka, Y.Zhu, T.Asahara, N.Shirahata, M.Ii, Z.Bai, J.Li, H.Gao
    • 雑誌名

      Small 7

      ページ: 199-203

    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ultrabroad Near Infrared Photoluminescence from Ionic Liquids Containing Subvalent Bismuth2011

    • 著者名/発表者名
      H.Sun, Y.Sakka, M.Fujii, N.Shirahata, H.Gao
    • 雑誌名

      Opt.Lett. 36

      ページ: 100-102

    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Colloidal Si nanocrystals : A controlled organic-inorganic interface and its implications of color-tuning and chemical design toward sophisticated architectures2011

    • 著者名/発表者名
      N.Shirahata
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 13 ページ: 7284-7294

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  • [雑誌論文] Ultrabroad Near Infrared Photoluminescence from Bi_5(AlCl_4)_3 Crystal2011

    • 著者名/発表者名
      H.Sun, Y.Sakka, H.Gao, Y.Miwa, M.Fujii, N.Shirahata, Z.Bai, J.Li
    • 雑誌名

      Journal of Materials Chemistry

      巻: 21 ページ: 4060-4063

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    • 著者名/発表者名
      W.Di, Y.Sakka, N.Shirahata, J.Li, N.Pinna
    • 雑誌名

      Nanoscale

      巻: 3 ページ: 1263-1269

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  • [雑誌論文] Highly Fluorescent Silica-Coated Bismuth Doped Aluminosilicate Nanoparticles for Near Infrared Bioimaging2011

    • 著者名/発表者名
      H.Sun, J.Yang, M.Fujii, Y.Sakka, Y.Zhu, T.Asahara, N.Shirahata, M.Ii, Z.Bai, J.Li, H.Gao
    • 雑誌名

      Small

      巻: 7 ページ: 199-203

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    • 著者名/発表者名
      H.Sun, Y.Sakka, M.Fujii, N.Shirahata, H.Gao
    • 雑誌名

      Optics Letters

      巻: 36 ページ: 100-102

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    • 著者名/発表者名
      N.Shirahata, D.Hirakawa, Y.Sakka
    • 雑誌名

      Green Chem.(Cover Article) 12

      ページ: 2139-2141

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    • 著者名/発表者名
      W.Di, J.Li, N.Shirahata, Y.Sakka
    • 雑誌名

      Nanotechnology 21

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    • 著者名/発表者名
      N.Shirahata, T.Tsuruoka, T.Hasegawa, Y.Sakka
    • 雑誌名

      Small 6

      ページ: 915-921

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  • [雑誌論文] Spectroscopic Characterization of Bismuth Embedded Y Zeolites2010

    • 著者名/発表者名
      H.Sun, Y.Sakka, Y.Miwa, N.Shirahata, M.Fujii, H.Gao
    • 雑誌名

      Appl.Phys.Lett. 97

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  • [雑誌論文] Controlled Organic/Inorganic Interface Leading to the Size-tunable Luminescence from Si Nanoparticles2010

    • 著者名/発表者名
      N.Shirahata, Y.Sakka
    • 雑誌名

      J.Cer.Soc.Jpn.(2010JCerSJ優秀論文賞) 118

      ページ: 932-939

    • NAID

      130000420717

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  • [雑誌論文] Fluorescent Sensing of Colloidal CePO_4 : Tb Nanorods for Rapid Ultrasensitive and Selective Detection of Vitamin C2010

    • 著者名/発表者名
      W.Di, N.Shirahata, H.Zeng, Y.Sakka
    • 雑誌名

      Nanotechnology 21

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  • [雑誌論文] Near-infrared photoluminescence and Raman characterization of bismuth embedded sodalite nanocrystals2010

    • 著者名/発表者名
      H.Sun, M.Fujii Y.Sakka, Z.Bai, N.Shirahata, L.Zhang, Y.Miwa, H.Gao
    • 雑誌名

      Opt.Lett. 35

      ページ: 1743-1745

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  • [雑誌論文] Organometallic Chemistry on IV Semiconductors and Potential Applications2010

    • 著者名/発表者名
      N.Shirahata
    • 雑誌名

      Trans.Mater.Res.Soc.Jpn. 35

      ページ: 443-448

    • NAID

      130004676308

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  • [雑誌論文] 発光色を紫外-可視で可変可能なSiナノ粒子~表面単分子接合が創発する新しい発光~2010

    • 著者名/発表者名
      白幡直人
    • 雑誌名

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      ページ: 8-17

    • NAID

      40017275330

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      白幡直人
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    • NAID

      40017667105

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    • 著者名/発表者名
      N.Shirahata, D.Hirakawa, Y.Sakka
    • 雑誌名

      Green Chemistry

      巻: 12 ページ: 2139-2141

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    • 著者名/発表者名
      W.Di, J.Li, N.Shirahata, Y.Sakka
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      130000420717

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    • 雑誌名

      Optics Letters

      巻: 35 ページ: 1743-1745

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      N.Shirahata
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      Transactions of the Materials Research Society of Japan

      巻: 35 ページ: 443-448

    • NAID

      130004676308

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    • 著者名/発表者名
      白幡直人
    • 雑誌名

      表面

      巻: 48 ページ: 8-17

    • NAID

      40017275330

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    • 著者名/発表者名
      白幡直人
    • 雑誌名

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      ページ: 27-29

    • NAID

      40017667105

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    • 著者名/発表者名
      N.Shirahata, A.Hozumi, Y.Sakka
    • 雑誌名

      J.Nanosci.Nanotechnol. 9

      ページ: 662-665

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    • 著者名/発表者名
      A.Hozumi, H.Taoda, T.Saito, N.Shirahata
    • 雑誌名

      J.Nanosci.Nanotechnol. 9

      ページ: 455-460

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    • NAID

      10026217875

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      ページ: 442-449

    • NAID

      10025410675

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      L.Yang, N.Shirahata, G. Saini, F.Zhang, L.Pei, M.Asplund, D.Kurth, K.Ariga, K.Sautter, T.Nakanishi, V.Smentkowski, M.R.Linford
    • 雑誌名

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    • 年月日
      2011-01-18
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 発光色を紫外-可視で可変可能なIV族半導体ナノ粒子2010

    • 著者名/発表者名
      白幡直人、目義雄
    • 学会等名
      第59回高分子討論会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2010-09-16
    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書
  • [学会発表] 発光色を紫外-可視で可変可能なIV族半導体ナノ粒子2010

    • 著者名/発表者名
      白幡直人、目義雄
    • 学会等名
      第59回高分子討論会
    • 発表場所
      北海道大学高等教育機能開発総合センター
    • 年月日
      2010-09-16
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 高輝度発光するGeナノ粒子の1ステップレーザ化学合成2010

    • 著者名/発表者名
      平川大悟、白幡直人、目義雄
    • 学会等名
      第17回材料科学若手討論会
    • 発表場所
      千葉工業大学
    • 年月日
      2010-09-03
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書 2010 研究成果報告書
  • [学会発表] 単分子/Siの制御されたナノ構造が導く発光特性2010

    • 著者名/発表者名
      白幡直人、鶴岡徹、目義雄
    • 学会等名
      日本化学会第90春季年会
    • 発表場所
      近畿大学
    • 年月日
      2010-03-26
    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書 2009 実績報告書
  • [学会発表] 発光体としてのSiナノ粒子2010

    • 著者名/発表者名
      白幡直人
    • 学会等名
      ナノ粒子研究会
    • 発表場所
      東京工業大学(招待講演)
    • 年月日
      2010-03-05
    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書
  • [学会発表] 発光体としてのSiナノ粒子2010

    • 著者名/発表者名
      白幡直人
    • 学会等名
      ナノ粒子研究会
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 年月日
      2010-03-05
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Highly Fluorescent Bismuth Doped Aluminosilicate/Silica Core-Shell Nanoparticles for Multifunctional Near Infrared Bioimaging2010

    • 著者名/発表者名
      S.Tao, Y.Sakka, N.Shirahata
    • 学会等名
      The 3rd International Congress on Ceramics
    • 発表場所
      大阪国際会議場
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書 2010 研究成果報告書
  • [学会発表] Highly Luminescent Ge Nanocrystals Synthesized via Laser Chemical Approach2010

    • 著者名/発表者名
      D.Hirakawa, N.Shirahata, Y.Sakka
    • 学会等名
      ICC 3rd International Congress on Ceramics
    • 発表場所
      大阪国際会議場
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書 2010 研究成果報告書
  • [学会発表] Parallel Observation of Different Biomolecular Recognition Events using a Multi-functional SAM Microarray2010

    • 著者名/発表者名
      N.Shirahata, Y.Masuda, A.Hozumi, Y.Sakka
    • 学会等名
      ICC 3rd International Congress on Ceramics
    • 発表場所
      大阪国際会議場
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書 2010 研究成果報告書
  • [学会発表] Highly Fluorescent Bismuth Doped Aluminosilicate/Silica Core-Shell Nanocomposites for Near Infrared Bioimaging2010

    • 著者名/発表者名
      S.Tao, J.Yang, Y.Sakka, M.Fujii, M.Masaaki, T.Asahara, Z.Bai, N.Shirahata
    • 学会等名
      The 11th IUMRS International Conference in Asia Qingdao International Convention Center
    • 発表場所
      China
    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書
  • [学会発表] Unique Optical Properties of Organic Modified Si Nanoparticles2010

    • 著者名/発表者名
      N.Shirahata, T.Tsuruoka, Y.Sakka
    • 学会等名
      2010 MRS Spring Meeting
    • 発表場所
      Marriott, San Francisco, USA
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書 2010 研究成果報告書
  • [学会発表] Enhanced Photoluminescence Features of Rare Earth Phenylphosphonate Hybrid Nanostructures Synthesized under Nonaqueous Conditions2010

    • 著者名/発表者名
      N.Dewei, N.Shirahata, Y.Sakka
    • 学会等名
      STAC-4
    • 発表場所
      メルパルク横浜
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書 2010 研究成果報告書
  • [学会発表] Size-Tunable UV-Blue Luminescent Silicon Nanoparticles2010

    • 著者名/発表者名
      N.Shirahata, T.Tsuruoka, Y.Sakka
    • 学会等名
      The International Conference on Nanophotonics 2010
    • 発表場所
      エポカルつくば
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書 2010 研究成果報告書
  • [学会発表] 発光色を紫外-可視で可変可能なナノ粒子の室温湿式調製と誘導化2010

    • 著者名/発表者名
      白幡直人
    • 学会等名
      Nanotech 2010
    • 発表場所
      東京ビックサイト
    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書
  • [学会発表] Highly Fluorescent Bismuth Doped Aluminosilicate/Silica Core-Shell Nanocomposites for Near Infrared Bioimaging2010

    • 著者名/発表者名
      S.Tao, J.Yang, Y.Sakka, M.Fujii, M.Masaaki, T.Asahara, Z.Bai, N.Shirahata
    • 学会等名
      The 11th IUMRS International Conference in Asia
    • 発表場所
      Qingdao International Convention Center, Qingdao, China
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 発光色を紫外-可視で可変可能なナノ粒子の室温湿式調製と誘導化2010

    • 著者名/発表者名
      白幡直人
    • 学会等名
      Nanotech2010
    • 発表場所
      東京ビックサイト
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] IV族半導体上での表面化学と物性発現2009

    • 著者名/発表者名
      白幡直人
    • 学会等名
      日本MRS創立20周年記念シンポジウム
    • 発表場所
      横浜情報文化センター(招待講演)
    • 年月日
      2009-12-16
    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書
  • [学会発表] IV族半導体上での表面化学と物性発現2009

    • 著者名/発表者名
      白幡直人
    • 学会等名
      日本MRS創立20周年記念シンポジウム
    • 発表場所
      横浜情報文化センター
    • 年月日
      2009-12-16
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] 発光Siナノ構造体の調製と表面化学修飾2009

    • 著者名/発表者名
      白幡直人
    • 学会等名
      第32回ナノテク部会研究会
    • 発表場所
      東京理科大学(招待講演)
    • 年月日
      2009-11-12
    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書
  • [学会発表] 発光Siナノ構造体の調製と表面化学修飾2009

    • 著者名/発表者名
      白幡直人
    • 学会等名
      第32回『ナノテク部会』研究会
    • 発表場所
      東京理科大学 理窓会館
    • 年月日
      2009-11-12
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Simple Chemical Approaches for Luminescent Si Nanostructures2009

    • 著者名/発表者名
      Naoto Shirahata
    • 学会等名
      11th International Conference on Advanced Materials (ICAM2009), Hotel Windsor Barra
    • 発表場所
      Rio de Janeiro, Brazil(招待講演)
    • 年月日
      2009-09-25
    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書
  • [学会発表] Simple Chemical Approaches for Luminescent Si Nanostructures2009

    • 著者名/発表者名
      白幡直人
    • 学会等名
      11th International Conference on Advanced Materials(ICAM2009)
    • 発表場所
      Hotel Windsor Barra, Rio de Janeiro, Brazil
    • 年月日
      2009-09-25
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] 有機終端化Geナノ粒子の1ステップ合成2009

    • 著者名/発表者名
      平川大悟、白幡直人、伊藤滋、目義雄
    • 学会等名
      第62回コロイドおよび界面化学討論会
    • 発表場所
      岡山理科大学
    • 年月日
      2009-09-19
    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書 2009 実績報告書
  • [学会発表] 酸化物上へ作製したSAMマイクロアレイ表面における生体分子認識2009

    • 著者名/発表者名
      越川祥高、白幡直人、増田佳丈、伊藤滋、目義雄
    • 学会等名
      第62回コロイドおよび界面化学討論会
    • 発表場所
      岡山理科大学
    • 年月日
      2009-09-19
    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書 2009 実績報告書
  • [学会発表] 有機分子と半導体間の制御された新規接合界面の構築とその物性発現2009

    • 著者名/発表者名
      白幡直人
    • 学会等名
      第62回コロイドおよび界面化学討論会
    • 発表場所
      岡山理科大学(招待講演)
    • 年月日
      2009-09-17
    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書
  • [学会発表] 有機分子と半導体間の制御された新規接合界面の構築とその物性発現2009

    • 著者名/発表者名
      白幡直人
    • 学会等名
      第62回コロイドおよび界面化学討論会
    • 発表場所
      岡山理科大学
    • 年月日
      2009-09-17
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] A smart core/shell nanostructures emitting UV-visible light2009

    • 著者名/発表者名
      Naoto Shirahata
    • 学会等名
      3rd International Workshop on Smart Materials & Structures
    • 発表場所
      University of Applied Sciences Kiel, Germany(招待講演)
    • 年月日
      2009-08-20
    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書
  • [学会発表] A smart core/shell nanostructures emitting UV-visible light2009

    • 著者名/発表者名
      白幡直人
    • 学会等名
      3rd International Workshop on Smart Materials & Structures
    • 発表場所
      University of Applied Sciences Kiel, Kiel, Germany
    • 年月日
      2009-08-20
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Ultraviolet Light Emission from Silicon Nanostructures2009

    • 著者名/発表者名
      Naoto Shirahata
    • 学会等名
      2nd International Conference from Nanoparticles & Nanoimaterials to Nanodevices & Nanosystems (IC4N), Rodos Palace
    • 発表場所
      Rhodes, Greece(招待講演)
    • 年月日
      2009-06-29
    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書
  • [学会発表] Ultraviolet Light Emission from Silicon Nanostructures2009

    • 著者名/発表者名
      白幡直人
    • 学会等名
      2nd International Conference from Nanoparticles & Nanoimaterials to Nanodevices & Nanosystems(IC4N)
    • 発表場所
      Rodos Palace, Rhodes, Greece
    • 年月日
      2009-06-29
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [図書] Organic Monolayers : Recent Potential Applications(Bio-inspired materials synthesis edited by Y.Gao)2010

    • 著者名/発表者名
      N.Shirahata
    • 出版者
      Transworld Research Network, India
    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書
  • [図書] Bio-inspired materials synthesis2010

    • 著者名/発表者名
      N.Shirahata
    • 総ページ数
      29
    • 出版者
      Transworld Research Network
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [図書] When Biomolecules Meet Highly-oriented Monolayer Systems on Semiconductor Surfaces(Soft Nanomaterials edited by H.S.Nalwa)(Vol.1)2009

    • 著者名/発表者名
      N.Shirahata
    • 出版者
      American Scientific Publishers
    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書
  • [図書] 単分子/IV属半導体接合系のヘテロ界面設計と機能(超分子サイエンス&テクノロジー)(国武豊喜監修)2009

    • 著者名/発表者名
      白幡直人
    • 出版者
      (株)エヌ・ティー・エス
    • 関連する報告書
      2010 研究成果報告書
  • [図書] Soft Nanomaterials2009

    • 著者名/発表者名
      白幡直人
    • 総ページ数
      38
    • 出版者
      American Scientific Publishers
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [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
    • 総ページ数
      9
    • 出版者
      (株)エヌティーエス
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書

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公開日: 2009-04-01   更新日: 2016-04-21  

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