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分子結晶の発動に基づく新奇固体物性変換機構の開拓

公募研究

研究領域発動分子科学:エネルギー変換が拓く自律的機能の設計
研究課題/領域番号 19H05405
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 複合領域
研究機関立教大学

研究代表者

森本 正和  立教大学, 理学部, 教授 (70447126)

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
5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2020年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2019年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
キーワード発動分子 / 分子結晶 / 力学機能 / フォトクロミズム / 固体物性
研究開始時の研究の概要

分子が規則的かつ密に充填した結晶は、発動分子の機械的な動きを実動的機能へ繋げるための理想的な分子集積形態の一つと言える。本研究では、分子結晶中における発動分子の機械的な動きを利用した新しい固体物性変換機構を開拓することを目的とする。光応答性発動分子であるフォトクロミック分子と物性発現分子とを融合した分子結晶を合成し、フォトクロミック分子の光異性化反応に伴う原子座標変化および結晶格子変形により固体物性を変換する。分子のナノメートルスケールの機械的動きとマクロスケールの固体物性が強く連動する新しい発動現象を発掘し、発動分子科学の概念と学理を固体物理学へ拡張することを目指す。

研究実績の概要

本研究では、分子結晶中における発動分子の機械的な動きを利用した新しい固体物性変換現象や力学応答機能を開拓することを目指した。本年度は、光に応答して変形するフォトクロミック分子結晶(フォトメカニカル分子結晶)と高分子材料からなる複合系の力学応答について検討した。
フォトメカニカル分子結晶の力学特性の向上および新機能の創出へ向けて、有機分子結晶と高分子材料の複合化を試みた。具体的には、stepwise assembly methodにより分子結晶表面を高分子薄膜でコーティングすることを検討した。フォトクロミック分子結晶で被覆した水晶振動子をポリビニルアルコール(PVA)水溶液へ浸漬し、その後洗浄・乾燥する操作を繰り返した際の水晶振動子の重量変化を水晶振動子マイクロバランス法により計測したところ、結晶表面がPVA薄膜により被覆されることが分かった。同様の方法によりロッド状のフォトクロミック分子結晶をPVA薄膜で被覆し、その結晶の光誘起変形について検討した。PVA被覆を施した結晶に対して光を照射すると、結晶中の分子が異性化して構造変化することで、結晶は可逆的な屈曲変形を示し、またその変形は千回以上繰り返すことが可能であった。また、被覆前の結晶はヘキサンなどの有機溶媒に速やかに溶解するのに対して、PVA被覆を施した結晶はヘキサンに30分間浸漬しても溶解せず、またヘキサン中においても可逆的な光誘起屈曲変形を示した。本研究で検討した有機分子結晶表面の高分子薄膜コーティングは、光応答性発動分子システムになり得るフォトメカニカル分子結晶について、材料特性の向上、ならびに特殊環境下での実働的機能の発現のための表面加工法として利用できると期待される。

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

    (10件)

すべて 2021 2020 2019 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 4件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Stepwise assembly of ultrathin poly(vinyl alcohol) films on photoresponsive diarylethene crystals2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroka Chiba, Masakazu Morimoto, Masahiro Irie
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 50 号: 1 ページ: 84-86

    • DOI

      10.1246/cl.200693

    • NAID

      130007965967

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Photoinduced swing of a diarylethene thin broad sword shaped crystal: a study on the detailed mechanism2020

    • 著者名/発表者名
      Ayako Fujimoto, Noriko Fujinaga, Ryo Nishimura, Eri Hatano, Luna Kono, Akira Nagai, Akiko Sekine, Yohei Hattori, Yuko Kojima, Nobuhiro Yasuda, Masakazu Morimoto, Satoshi Yokojima, Shinichiro Nakamura, Ben L. Feringa, Kingo Uchida
    • 雑誌名

      Chemical Science

      巻: 11 号: 45 ページ: 12307-12315

    • DOI

      10.1039/d0sc05388k

    • 関連する報告書
      2020 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] Optical microresonator arrays of fluorescence-switchable diarylethenes with unreplicable spectral fingerprints2020

    • 著者名/発表者名
      Daichi Okada, Zhan-Hong Lin, Jer-Shing Huang, Osamu Oki, Masakazu Morimoto, Xuying Liu, Takeo Minari, Satoshi Ishii, Tadaaki Nagao, Masahiro Irie, Yohei Yamamoto
    • 雑誌名

      Materials Horizons

      巻: 7 号: 7 ページ: 1801-1808

    • DOI

      10.1039/d0mh00566e

    • 関連する報告書
      2020 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] Turn-on mode fluorescent diarylethenes: effect of electron-donating and electron-withdrawing substituents on photoswitching performance2020

    • 著者名/発表者名
      Ryota Iwai, Masakazu Morimoto, Masahiro Irie
    • 雑誌名

      Photochemical & Photobiological Sciences

      巻: 19 号: 6 ページ: 783-789

    • DOI

      10.1039/d0pp00064g

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Object Transportation System Mimicking the Cilia of Paramecium aurelia Making Use of the Light‐Controllable Crystal Bending Behavior of a Photochromic Diarylethene2019

    • 著者名/発表者名
      Ryo Nishimura, Ayako Fujimoto, Nobuhiro Yasuda, Masakazu Morimoto, Tatsuhiro Nagasaka, Dr. Hikaru Sotome, Dr. Syoji Ito, Hiroshi Miyasaka, Satoshi Yokojima, Shinichiro Nakamura, Ben L. Feringa, Kingo Uchida
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 58 号: 38 ページ: 13308-13312

    • DOI

      10.1002/anie.201907574

    • 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] An all-photonic full color RGB system based on molecular photoswitches2019

    • 著者名/発表者名
      Gaowa Naren, Chien-Wei Hsu, Shiming Li, Masakazu Morimoto, Sicheng Tang, Jordi Hernando, Gonzalo Guirado, Masahiro Irie, Francisco M. Raymo, Henrik Sunden, Joakim Andreasson
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 10 号: 1

    • DOI

      10.1038/s41467-019-11885-4

    • 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
  • [学会発表] Development of photoresponsive molecular crystals with dynamic switching performance2020

    • 著者名/発表者名
      Masakazu Morimoto
    • 学会等名
      The 1st International Symposium on Molecular Engine
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Turn-on mode photoswitchable fluorescent molecules based on photochromic diarylethenes2019

    • 著者名/発表者名
      Masakazu Morimoto
    • 学会等名
      The 41st PhotonIcs & Electromagnetics Research 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] Turn-on mode photoswitchable fluorescent diarylethenes: Substituent effect on photoswitching performance2019

    • 著者名/発表者名
      Masakazu Morimoto, Ryota Iwai, Shoya Takasu, Masahiro Irie
    • 学会等名
      10th International Symposium on Photochromism
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考] 立教大学森本正和研究室ホームページ

    • URL

      https://www2.rikkyo.ac.jp/web/m-morimoto/index.html

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実績報告書

URL: 

公開日: 2019-04-18   更新日: 2021-12-27  

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