• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

数学的アプローチによる新奇超分子系材料創成と解析

公募研究

研究領域次世代物質探索のための離散幾何学
研究課題/領域番号 18H04470
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
研究機関北海道大学

研究代表者

山本 拓矢  北海道大学, 工学研究院, 准教授 (30525986)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
2019年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2018年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
キーワード環状高分子 / P3HT
研究実績の概要

本研究課題において、環状高分子とカーボンナノチューブ(CNT)との複合化・ネットワーク化による高分子トポロジーに立脚した高分散安定化現象を、領域内の共同研究を通して数学・情報学的基盤に基づき解明し、その応用として新規材料の開発を試みた。
まず、完全共役構造を有する環状Poly(3-Hexylthiophene)(P3HT)の合成に成功し、これがCNTに対し優れた分散安定性を付与することを見出した。さらに、P3HTのトポロジー(直鎖または環)に依存したCNTの分散安定化を定量的に評価するために、領域内共同研究によってTEM画像の情報学的解析を行った。つまり、P3HTのトポロジーに依存したCNTの分散安定化を、畳み込みニューラルネットワークを用いた機械学習により評価する方法を見出た。ここで、環状高分子がナノ構造体を高分散安定化する原理の解明と新奇機能材料開発のために、CNT上のP3HTネットワークおよび複合材料中のCNTネットワークの階層構造解析として、CNTとP3HT複合体のTEM画像の分析に際して、その分散性を目視で見積もり、P3HTのトポロジーを評価する手法には客観性と正確さに限界があった。そのため、畳み込みニューラルネットワークによる機械学習を用いて、中程度の精度(62~80%)ながら画像から構成成分(直鎖状P3HTまたは環状P3HT)を見極める手法を開発した。この手法の実用化と汎用化に向け、P3HTの分子量やCNTの直径を変化させて同様のTEM画像解析を行い、これらの要因がどのように解析精度に影響するのか精査した。また、CNTと環状P3HT複合構造の高分解能TEMを測定したところ、CNTを構成する炭素原子も確認できるほど分解能で、高分子1本1本が観察できた。
さらに、本研究期間の成果として1本の高分子鎖に複数の異なる官能基を導入し、その折りたたみ様式を制御することで異なる2環状トポロジー(8の字型、θ型、および手錠型)を選択的に構築した。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2020 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 1件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (17件) (うち国際学会 11件、 招待講演 12件) 図書 (1件)

  • [国際共同研究] POSTECH(韓国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Synthesis and Unimolecular ESA-CF Polymer Cyclization of Zwitterionic Telechelic Precursors2019

    • 著者名/発表者名
      Konomoto, T.; Nakamura, K.; Yamamoto, T.; *Tezuka, Y.
    • 雑誌名

      Macromolecules

      巻: 52 号: 23 ページ: 9208-9219

    • DOI

      10.1021/acs.macromol.9b01793

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 環状高分子合成の進展と機能材料への可能性2019

    • 著者名/発表者名
      *山本拓矢
    • 雑誌名

      高分子

      巻: 68 ページ: 613-617

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Programmed Polymer Folding with Periodically Positioned Tetrafunctional Telechelic Precursors by Cyclic Ammonium Salt Units as Nodal Points2019

    • 著者名/発表者名
      Kyoda Kohei、Yamamoto Takuya、Tezuka Yasuyuki
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 141 号: 18 ページ: 7526-7536

    • DOI

      10.1021/jacs.9b02459

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Micelle Structure Details and Stabilities of Cyclic Block Copolymer Amphiphile and Its Linear Analogues2019

    • 著者名/発表者名
      Ree, B. J.; *Satoh, T.; *Yamamoto, T.
    • 雑誌名

      Polymers

      巻: 11 号: 1 ページ: 163-163

    • DOI

      10.3390/polym11010163

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Synthesis, Isolation, and Properties of All Head-to-Tail Cyclic Poly(3-hexylthiophene): Fully Delocalized Exciton over the Defect-Free Ring Polymer2018

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto Takuya、Hosokawa Masaaki、Nakamura Minato、Sato Shin-ichiro、Isono Takuya、Tajima Kenji、Satoh Toshifumi、Sato Masamichi、Tezuka Yasuyuki、Saeki Akinori、Kikkawa Yoshihiro
    • 雑誌名

      Macromolecules

      巻: 51 号: 22 ページ: 9284-9293

    • DOI

      10.1021/acs.macromol.8b01681

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] 環状自己組織化単分子膜の荷重誘起表面摩擦転移2018

    • 著者名/発表者名
      春藤 淳臣、山本拓矢、手塚育志、田中敬二
    • 雑誌名

      トライボロジスト

      巻: 63 号: 4 ページ: 248-252

    • DOI

      10.18914/tribologist.63.04_248

    • NAID

      130006707604

    • ISSN
      0915-1168, 2189-9967
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Topology Effects of Cyclic Polymers: Controlling the Topology for Innovative Functionalities2018

    • 著者名/発表者名
      *Yamamoto, T.
    • 雑誌名

      React. Funct. Polym.

      巻: 132 ページ: 43-50

    • DOI

      10.1016/j.reactfunctpolym.2018.08.021

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 環状高分子の合成と機能発現2020

    • 著者名/発表者名
      山本拓矢
    • 学会等名
      先導研講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Cyclic Polymers Synthesis and Characterization2019

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto, T.
    • 学会等名
      The Second International Conference of Polymeric and Organic Materials in Yamagata University
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Cyclic Polymer Synthesis and Their Unique Characteristics2019

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto, T.
    • 学会等名
      Invited Lecture
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Synthesis of Cyclic Polymers and Their Unique Properties2019

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto, T.
    • 学会等名
      Korea-Japan Joint Polymer Symposium on Polymer Science 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Advanced Synthesis of Cyclic Polymers and Their Unique Characteristics2019

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto, T.
    • 学会等名
      Polymers and Networks via Topology and Entanglement
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 環状P3HTを用いたカーボンナノチューブの分散と画像認識による高分子トポロジーの識別2019

    • 著者名/発表者名
      山本拓矢
    • 学会等名
      次世代物質探索のための離散幾何学 研究成果発表会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Synthesis and Unique Properties of Cyclic Polymers2019

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto, T.
    • 学会等名
      2nd Asian-French Workshop on Polymer Science
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Synthesis and Properties of Defect-Free Cyclic P3HT2019

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto, T.
    • 学会等名
      National Central University-Hokkaido University Joint Symposium
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Novel Synthesis and Unique Characteristics of Cyclic Polymers2019

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto, T.
    • 学会等名
      Polymers Meet Topology
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 全共役頭尾結合型環状ポリ(3-ヘキシルチオフェン)の合成2018

    • 著者名/発表者名
      中村 水都、細川 真明、山本 拓矢
    • 学会等名
      第67回高分子学会年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Synthesis of fully conjugated cyclic poly(3-hexylthiophene)2018

    • 著者名/発表者名
      Minato Nakamura, Masaaki Hosokawa, Takuya Yamamoto
    • 学会等名
      Japan-Korea Joint Symposium on Polymer Science 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 全共役構造を有するAll Head-to-Tail型環状ポリ(3-ヘキシルチオフェン)の合成と光電特性評価2018

    • 著者名/発表者名
      中村 水都、細川 真明、山本 拓矢、佐伯 昭紀、吉川 佳広
    • 学会等名
      2018年光化学討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 全共役構造を有するAll Head-to-Tail 型環状ポリ(3-ヘキシルチオフェン)の合成と物性評価2018

    • 著者名/発表者名
      中村 水都、細川 真明、山本 拓矢、佐伯 昭紀、吉川 佳広
    • 学会等名
      第67回高分子討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Synthesis and property of defect-free cyclic poly(3-hexylthiophene)2018

    • 著者名/発表者名
      Minato Nakamura, Takuya Yamamoto
    • 学会等名
      NCU-HU Joint Symposium
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 環状高分子を利用した界面制御2018

    • 著者名/発表者名
      山本拓矢
    • 学会等名
      第6回「未来のコロイドおよび界面化学を創る若手討論会」
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Synthesis and Self-Assembly of Cyclic Polymers and Structural Analysis of the Molecular Aggregates2018

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto, T.
    • 学会等名
      7th Synchrotron Radiation in Polymer Science
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Functional Materials Formed from Cyclic Polymers2018

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto, T.
    • 学会等名
      Japan-Korea Joint Polymer Symposium on Polymer Science 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [図書] 環状高分子の合成と機能発現2018

    • 著者名/発表者名
      *山本拓矢
    • 総ページ数
      337
    • 出版者
      シーエムシー出版
    • ISBN
      9784781313993
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

URL: 

公開日: 2018-04-23   更新日: 2021-01-27  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi