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ナノシートの異方性を用いた光圧による巨大配向構造の誘起と機能性ナノシートの光操作

公募研究

研究領域光圧によるナノ物質操作と秩序の創生
研究課題/領域番号 19H04677
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
審査区分 理工系
研究機関山口大学

研究代表者

鈴木 康孝  山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授 (30634753)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2020年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2019年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
キーワード光マニピュレーション / ナノシート / グラフェン / 光化学 / 非線形光学
研究開始時の研究の概要

ナノシートは、厚さが1ナノメートル程度、広がり方向のサイズが数マイクロメートルに及ぶ二次元の異方性粒子である。ナノシートは、特異的な電子的性質を示し、大きな注目を集めている。応募者は、一枚のナノシートを光圧により自在に制御することに世界で初めて成功した。この成果は、ナノシートを高機能な光・電子デバイスに応用する上でボトルネックとなっていた「向き配置を自在に制御すること」を可能にする技術として大きな注目を集めている。本研究では、レーザーの光圧を利用し、多数のナノシートの向き・場所を時空間的に自在に制御できるようにする。さらに、機能性に優れたナノシートの光トラッピングにも挑む。

研究実績の概要

応募者は、ナノシートの光マニュピレーションの先駆者である。これまでの研究でレーザー光によりナノシートの位置と配向を完全に制御できること、ナノサイズのビルディングブロックから、100 マイクロメートル以上にも及ぶ大きな配向構造を構築することに成功している。ナノシートの位置と配向の完全制御を受けて、産業会からは、①より小さなパワーでの光マニュピレーションとセンチメートルオーダーの配向構造の実現、②グラフェンなどの導電性のナノシートの位置と配向の自在制御を要請されている。そこで、本研究では、これら二つの課題に取り組んだ。その結果、レーザー光の偏光方向に沿った200マイクロメートル以上にも及ぶシート状の巨大配向構造の構築を実現した。焦点可変レンズを用いた集光点と異なる場所での観察を通して、このレーザー光によって誘起された配向構造が、光圧によって引き起こされる配向したナノシートが流動することによって生成することを明らかにした。また、機能性ナノシートの代表である酸化グラフェンの光マニピュレーションにおいては、電極材料として期待されているニオブ酸ナノシート、チタン酸ナノシートとの異種ナノシート積層体をナノシート同士の重なりを制御しながら生成することが可能であることを見出した。
研究のさらなる進展としては、現在、酸化グラフェンと他の金属酸化物ナノシートとのヘテロ積層構造の電気物性の評価を検討している。光マニピュレーションで得られる積層構造は、コロイド溶液が存在する液中の基板上に生成される。電気物性の評価には、液中からナノ構造体を取り出す必要があるため、液中からの取り出しを行う研究を行なっている。また、剥離するのが難しいが、より機能性の高いグラフェンの液中剥離にも取り組んでいる。液中で剥離したグラフェンは、そのまま光操作できるコロイドとして得られるので、より優れた機能性材料の創出が期待できる。

現在までの達成度 (段落)

令和2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2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて 2022 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 3件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] Tripura University(インド)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Bayreuth(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Formation of a giant anisotropically ordered assembled structure of inorganic nanosheets through optically induced stream2022

    • 著者名/発表者名
      Yasutaka Suzuki, Takashi Nagashita, Akira Ikeda, Katsuhiro Ishii, Toshiaki Iwai, Teruyuki Nakato, Jun Kawamata.
    • 雑誌名

      Langmuir

      巻: - 号: 21 ページ: 6647-6652

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.2c00528

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Functional flexible molecular crystals: intrinsic and mechanoresponsive properties2021

    • 著者名/発表者名
      Seki Tomohiro、Hoshino Norihisa、Suzuki Yasutaka、Hayashi Shotaro
    • 雑誌名

      CrystEngComm

      巻: - 号: 34 ページ: 5686-5696

    • DOI

      10.1039/d1ce00388g

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Integrated Fluorescent Nanoprobe Design for High‐Speed In Vivo Two‐Photon Microscopic Imaging of Deep‐Brain Vasculature in Mice2021

    • 著者名/発表者名
      Takezaki Minami、Kawakami Ryosuke、Onishi Shozo、Suzuki Yasutaka、Kawamata Jun、Imamura Takeshi、Hadano Shingo、Watanabe Shigeru、Niko Yosuke
    • 雑誌名

      Advanced Functional Materials

      巻: 2021 号: 20 ページ: 2010698-2010698

    • DOI

      10.1002/adfm.202010698

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Ferroelectric columnar assemblies from the bowl-to-bowl inversion of aromatic cores2021

    • 著者名/発表者名
      Furukawa Shunsuke、Wu Jianyun、Koyama Masaya、Hayashi Keisuke、Hoshino Norihisa、Takeda Takashi、Suzuki Yasutaka、Kawamata Jun、Saito Masaichi、Akutagawa Tomoyuki
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 12 号: 1 ページ: 768-768

    • DOI

      10.1038/s41467-021-21019-4

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Dynamic structural reconstruction of (guanidinium+)2(benzene-1,4-disulfonate2) host crystal by guest adsorption2021

    • 著者名/発表者名
      Abe Haruka、Kobayashi Takahiro、Hoshino Norihisa、Takeda Takashi、Suzuki Yasutaka、Kawamata Jun、Akutagawa Tomoyuki
    • 雑誌名

      CrystEngComm

      巻: 23 号: 5 ページ: 1149-1157

    • DOI

      10.1039/d0ce01616k

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Self-standing films of tetraindolyl derivative and saponite clay mineral with reversible colour switching properties2020

    • 著者名/発表者名
      Sarkar Surajit、Deb Barnali、Dey Bapi、Suklabaidya Sudip、Chakraborty Santanu、Bhattacharjee Debajyoti、Majumdar Swapan、Suzuki Yasutaka、Kawamata Jun、Hussain Syed Arshad
    • 雑誌名

      Journal of Physics and Chemistry of Solids

      巻: 144 ページ: 109487-109487

    • DOI

      10.1016/j.jpcs.2020.109487

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Optical manipulation of a single clay nanosheet hybridized with a porphyrin derivative2020

    • 著者名/発表者名
      Higashi Yuki、Suzuki Yasutaka、Nakato Teruyuki、Tominaga Makoto、Breu Josef、Iwai Toshiaki、Kawamata Jun
    • 雑誌名

      OSA Continuum

      巻: 3 号: 6 ページ: 1545-1545

    • DOI

      10.1364/osac.393652

    • NAID

      120006976082

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Water-Soluble Red-Fluorescent Dyes for Two-Photon Deep-Tissue Imaging2020

    • 著者名/発表者名
      Onishi Shozo、Suzuki Yasutaka、Ano Hikari、Kawamata Jun
    • 雑誌名

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      巻: 93 号: 10 ページ: 1226-1233

    • DOI

      10.1246/bcsj.20200090

    • NAID

      130007926154

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synthesis of 2,6,9-substituted xanthen-3-one and solvent effect on structural and photophysical properties2020

    • 著者名/発表者名
      Koide Taro、Iwamori Shohei、Koga Satoshi、Suzuki Yasutaka、Kawamata Jun、Hisaeda Yoshio
    • 雑誌名

      Dyes and Pigments

      巻: 183 ページ: 108667-108667

    • DOI

      10.1016/j.dyepig.2020.108667

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Multi-photon fluorescence microscopy imaging of mitochondria in living cells excited by Yb-doped femtosecond fiber laser utilizing two- and three-photon competitive absorption2020

    • 著者名/発表者名
      Moritomo H.、Onishi S.、Makino Y.、Matsumoto K.、Suzuki Y.、Kawamata J.
    • 雑誌名

      AIP Advances

      巻: 10 号: 9 ページ: 095219-095219

    • DOI

      10.1063/5.0004953

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] ニオブ酸ナノシートへのカチオン吸着過程の光学顕微鏡観察2022

    • 著者名/発表者名
      原田拓海、鈴木康孝、毛利恵美子、中戸晃之、川俣純
    • 学会等名
      日本化学会 第102春季年会(2022)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 光マニピュレーションを用いたナノシートからなる構造体の作製2022

    • 著者名/発表者名
      中尾脩二、鈴木康孝、川俣純
    • 学会等名
      日本化学会 第102春季年会(2022)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Selective absorption of organic molecule on the optically manipulating single layered fruorohectorite2021

    • 著者名/発表者名
      Takumi Harada,Masahiro Yahara,Yasutaka Suzuki, Jun Kawamata
    • 学会等名
      Pacifichem 2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 酸化グラフェンの光マニピュレーション2021

    • 著者名/発表者名
      鈴木康孝、中尾脩二、池田暉、川俣純
    • 学会等名
      第17回バイオオプティクス研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] コロイド状態にある粘土ナノシート中の特定の一枚のみへの有機化合物の吸着2021

    • 著者名/発表者名
      原田拓海、矢原正寛、鈴木康孝、川俣純
    • 学会等名
      日本化学会「低次元系光機能材料研究会」第10回サマーセミナー2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2022-12-28  

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