分子レベルのナノ構造を用いた自己修復性光デバイスの開発

• 研究課題/領域番号: 24510180
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: マイクロ・ナノデバイス
• 研究機関: 龍谷大学
• 研究代表者: 斉藤 光徳 龍谷大学, 理工学部, 教授 (60205680)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2014年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2013年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2012年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 色素 / ポリマー / 光学材料 / 耐久性 / 分子拡散 / 自己修復 / 自己形成

研究成果の概要

有機色素は発光･変色など優れた光学機能を示すものの、劣化しやすいことが欠点である。この問題を解決するため、生体の新陳代謝機能をまねて自己修復性を持つ光学材料を作製した。ポリジメチルシロキサン(シリコーン)ゴムにはナノサイズの自由空間が存在し、これを通って分子が固体中を移動する。この現象を利用すると、劣化した分子を新鮮な分子に置換することができる。このことを実証するため、フォトクロミック色素をゴム中に分散した可変色デバイスを作製し、着脱色を3万回繰り返して耐久性が向上することを示した。また、自己形成･修復機能を有する光信号接続の実験を行い、パルスの発生頻度に応じて信号が伝達されることを示した。

研究成果

• [雑誌論文] Stabilization of photochromic isomers by copper nanoparticles in a high-diffusivity solid matrix (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Saito and S. Ochiai
  • 雑誌名: Optics Letters 巻: 39 ページ: 5366-5369
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Two-way wavelength conversion for visible and infrared signal pulses (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Saito, H. Kimura, and S. Nakamura
  • 雑誌名: Journal of Luminescence 巻: 146 ページ: 337-341
  • DOI: 10.1016/j.jlumin.2013.09.071
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deformable silicone grating fabricated with a photo-imprinted polymer mold (2014)
  • 著者名/発表者名: I. Yamada, J. Nishii and M. Saito
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 85 号: 1
  • DOI: 10.1063/1.4861198
  • 査読あり
• [雑誌論文] Self-healable photochromic elastomer that transmits optical signals depending on the pulse frequency (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Saito and K. Sakiyama
  • 雑誌名: Journal of Optics 巻: 15
  • 査読あり
• [雑誌論文] Self-healing of optical functions by molecular metabolism in a swollen elastomer (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Saito, T. Nishimura, K. Sakiyama, and S. Inagaki
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 2 号: 4
  • DOI: 10.1063/1.4764292
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spectral and polarization characteristics of a deformed droplet laser (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Saito and K. Koyama
  • 雑誌名: Journal of Optics 巻: 14 号: 6 ページ: 065002-065002
  • DOI: 10.1088/2040-8978/14/6/065002
  • 査読あり
• [学会発表] Construction of a 3-D droplet array in a metabolic elastomer (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Saito and T. Morigami
  • 学会等名: 10th International Conference on Composite Science and Technology
  • 発表場所: Lisbon (Portugal)
  • 年月日: 2015-09-02 – 2015-09-04
• [学会発表] Droplet formation and arrangement in a flexible polymer (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Saito
  • 学会等名: Energy Material Nanotechnology Meeting on Droplets
  • 発表場所: Phuket (Thailand)
  • 年月日: 2015-05-08 – 2015-05-11
  • 招待講演
• [学会発表] 液体金属を用いたフレキシブルな反射型回折格子 (2015)
  • 著者名/発表者名: 橋本拓也、斉藤光徳、山田逸成、西井準冶
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [学会発表] 後拡散法によるメタボリック光学ポリマーの作製 (2014)
  • 著者名/発表者名: 野上淳平、斉藤光徳
  • 学会等名: レーザー学会第468回研究会
  • 発表場所: 京都工芸繊維大学
  • 年月日: 2014-11-28
• [学会発表] 周囲媒質が色素分散ゲル球の誘導放出に与える影響 (2014)
  • 著者名/発表者名: 高橋祥吾、斉藤光徳
  • 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
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [学会発表] 膨潤したシリコーンゴム中での色素分子の拡散係数 (2014)
  • 著者名/発表者名: 濵﨑孝政、斉藤光徳
  • 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
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [学会発表] Metabolic material that extends the lifetime of organic dyes (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Saito and T. Nishimura
  • 学会等名: 8th International Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics (Metamaterials 2014)
  • 発表場所: Copenhagen (Dennark)
  • 年月日: 2014-08-25 – 2014-08-30
• [学会発表] Post-curing dye diffusion for creating a durable photopolymer (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Saito and J. Nogami
  • 学会等名: OSA Classical Optics/ Optical Fabrication and Testing
  • 発表場所: Kohala Coast (Hawaii, USA)
  • 年月日: 2014-06-22 – 2014-06-26
• [学会発表] レンズ系の非点収差と色収差を用いたスペクトル整形 (2014)
  • 著者名/発表者名: 上見洋人、斉藤光徳
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学
• [学会発表] シリコーンゴム中に形成した液滴の屈折率評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 奥埜豪、鎌倉拓海、斉藤光徳
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学
• [学会発表] Deformable silicone grating fabricated with a photo-imprinted polymer mold (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Ishihara, I. Yamada, J. Yanagisawa, J. Nishii, and M. Saito
  • 学会等名: 26th International Microprocesses and Nanotechnology Conference
  • 発表場所: Sapporo (Japan)
• [学会発表] Fabrication of silicone grating using a photoimprinted polymer mold and period control by mechanical distortion (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Ishihara, I. Yamada, J. Yanagisawa, K. Koyama, T. Inoue, J. Nishii, and M. Saito
  • 学会等名: International Conference on Solid State Devices and Materials
  • 発表場所: Fukuoka (Japan)
• [学会発表] Absorption enhancement by copper nanoparticles in a photochromic polymer (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Saito and S. Ochiai
  • 学会等名: 8th International Conference on Surfaces, Coatings and Nanostructured Materials
  • 発表場所: Granada (Spain)
• [学会発表] Self-formable optical interconnection for selective transmission of frequent signals (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Saito, K. Sakiyama, and T. Nishimura
  • 学会等名: 10th International Conference on Signal Processing and Multimedia Applications
  • 発表場所: Reykjavik (Iceland)
• [学会発表] シリンドリカルレンズによる光源スペクトルの平坦化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 上見洋人、斉藤光徳
  • 学会等名: Optics & Photonics Japan 2013
  • 発表場所: 奈良県新公会堂
• [学会発表] シリコーンゴム中に分散したレーザ色素の褪色現象とその防止法 (2013)
  • 著者名/発表者名: 野上淳平、斉藤光徳
  • 学会等名: Optics & Photonics Japan 2013
  • 発表場所: 奈良県新公会堂
• [学会発表] レンズの収差を利用した光源スペクトルの平坦化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 上見洋人、斉藤光徳
  • 学会等名: 第60回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
• [学会発表] 吸水性ゲル球に分散した色素による誘導放出発光 (2013)
  • 著者名/発表者名: 西田貴博、佐藤匡弘、斉藤光徳
  • 学会等名: 第60回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
• [学会発表] Time-space conversion for short pulse generation with a long lifetime phosphor (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Saito and S. Nakamura
  • 学会等名: SPIE International Conference on Optical Systems Design 2012
  • 発表場所: Barcelona (Spain)
• [学会発表] Diffusion of dye solution in the intermolecular nanostructure of polydimethylsiloxane (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Saito, T. Nishimura, K. Sakiyama, and M. Nakagawa
  • 学会等名: SPIE International Conference on Nanophotonic Materials IX
  • 発表場所: San Diego (USA)
• [学会発表] Bistable optical transmission properties of polyethylene-glycol (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Saito and Y. Nishimura
  • 学会等名: SPIE International Conference on Optical Processes in Organic Materials and Nanostructures
  • 発表場所: San Diego (USA)
• [学会発表] ディスク状の色素液滴による周回モードレーザ発振 (2012)
  • 著者名/発表者名: 谷口淳平、斉藤光徳
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学・松山大学
• [学会発表] 形状可変な固体分散型液滴レーザーの作製
  • 著者名/発表者名: 斉藤光徳、小山健太郎、森上卓哉、谷口淳平
  • 学会等名: レーザー学会第433回研究会
  • 発表場所: 京都工芸繊維大学