| 研究課題/領域番号 |
21H01759
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分28030:ナノ材料科学関連
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| 研究機関 | 東京学芸大学 |
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研究代表者 |
前田 優 東京学芸大学, 連合学校教育学研究科, 教授 (10345324)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)
2023年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2022年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2021年度: 12,090千円 (直接経費: 9,300千円、間接経費: 2,790千円)
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| キーワード | カーボンナノチューブ / 化学修飾 / 近赤外発光 / 光通信 / バイオイメージング / 近赤外蛍光 / 分子変換 / 近赤外吸収 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
半導体型の電子構造を持つSWNTsは構造に応じた固有の近赤外発光を生じることから、その近赤外光を利用した深度の高いリアルタイムイメージングや、光通信のセキュリティーを向上させるための単一光子源としての活用が期待されている。
これまでに、(6,5) SWNTsのアルキル化によって、1100や1230 nmに近赤外発光が発現することを見出している。本研究では、化学修飾によってさらに(6,5)SWNTsの近赤外発光を制御する方法に取り組み、これを他の電子構造を有するSWNTsに対して適用することで、より広範囲の励起波長と発光波長に対応したSWNTs近赤外発光材料を創成することに挑戦する。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、カーボンナノチューブの側面化学修飾を行い、局所的にπ電子共役系を変調することで局所的にバンド構造を制御し、広範囲に渡り近赤外発光波長を選択的に発現する方法を開発した。また、カイラル指数に基づいて、カーボンナノチューブ付加体を分離精製することによって、構造の異なるカーボンナノチューブに及ぼす化学修飾の影響を評価した。カイラル指数の異なるカーボンナノチューブを用いる効果として、励起波長の選択肢が広がること、元々の発光波長が異なることから、化学修飾後の発光波長の選択肢も広がることが期待される。
アルキルリチウムを用いた化学修飾法では、トリフルオロ酢酸あるいはハロゲン化アルキルを組み合わせることで、異なる波長の近赤外発光を発現できることを見出した。モデル分子を用いた理論計算の結果は、熱力学的に最安定な付加様式が付加基によって異なること、付加様式の違いによってバンドギャップが異なることが見出された。ゲルクロマトグラフィによる、カイラル指数に基づく分離精製を行ったところ、カイラル指数に寄らず、反応方法によって発現する発光波長を制御できること、発光波長の変化量の大きさは直径に反比例することも明らかとなった。このように、付加基の立体効果の重要性を実証し、付加基の組み合わせで発光波長を切り替える方法論を構築することができた。
反応点を2つ有する反応試薬について、反応活性点のリンカーとなる構造の評価を行い、選択的に長波長側の発光を発現するためのリンカーの長さについて明らかにした。さらに、フルオロアルカンとの付加反応を検討したところ、980 nmに固有の発光を有する(6,5) CNTから、1320 nmに至る発光を選択的に発現することに成功した。これまでで最長の発光波長の発現であるだけではなく、光通信に適した発光波長域まで拡張することができたことから、大きな波及効果が期待される。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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