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残光機能や散乱機能を可逆的に制御可能なソフトクリスタルの構築

公募研究

研究領域ソフトクリスタル:高秩序で柔軟な応答系の学理と光機能
研究課題/領域番号 20H04664
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
研究機関電気通信大学

研究代表者

平田 修造  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (20552227)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2021年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2020年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワード室温りん光 / 蓄光 / ペイポクロミズム / 三重項励起子 / 高解像顕微鏡 / 光エッチング / ソフトクリスタル / 三重項失活 / 光散乱 / ベイポクロミズム / 量子化学計算 / 非放射遷移 / ドーピング / 励起子拡散 / エラストマー
研究開始時の研究の概要

弱い外部刺激により三重項励起子拡散能が大きく変化する結晶ホストに高効率長寿命室温りん光能を示すドーパントをドープした材料を構築し、蒸気に対して大きく長寿命室温りん光能が変化する材料を目指す。また共役分子液体/側鎖共役高分子エラストマーを用いて未延伸時には光散乱を示さないが延伸時にのみ大きく光散乱能を示す材料の構築を目指す。

研究実績の概要

本研究では応力や蒸気などの弱い外部刺激により分子結晶を含む固体材料系の長寿命室温りん光や光散乱機能が大きく変化するような材料の構築を目的としている。
(S)-H8-binaphthyl骨格を有する分子固体ホストに同様の分子形状を有する(S)- binaphthyl骨格を有する色素を少量ドープしたホストゲスト結晶は高輝度の長寿命室温りん光を示す一方で、グラインディングによる非晶化により長寿命室温りん光機能が消失した。結晶状態は数分間室温でジクロロメタン蒸気にさらすことで再度構築することが可能であり、その結晶状態では長寿命室温りん光挙動が初期にまで回復した。このように応力と蒸気を用いて可逆的に長寿命室温りん光のON-OFFが可能な材料系が構築された。
またH8-binaphthyl骨格の分子結晶薄膜の中には、ジクロロメタン蒸気下で弱い紫外線を照射すると揮発する挙動を示す一方で、蒸気にさらさない箇所ではそのような揮発が生じなかった。このように蒸気と光照射の協働刺激により結晶表面から分子が揮発するのに必要な光強度の大幅な低下が確認され、レーザーなどの強い光強度を用いずとも、弱い非コヒーレント連続光により大面積に結晶膜の高解像光エッチングが可能となることを見出した。
さらに非晶のホストゲスト固体薄膜の中には非晶に由来して光散乱機能がないが、紫外線照射すると2光子イオン化が生じ絶縁ホスト分子において電荷が蓄積され、その後電圧を印加するとガラス転移温度以下の温度域でもホスト分子が微小に動くことで結晶化が誘起され、光散乱能が顕著発現する材料薄膜が存在することを見出した。
以上弱外部刺激を用いて、長寿命室温りん光機能、エッチング機能、光散乱機能が大きく変化する材料を見出すことに成功した。

現在までの達成度 (段落)

令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (8件) (うち招待講演 2件) 図書 (5件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] A Rational Key of Triplet Afterglow Sensitizer Allowing Bright Long-Wavelength Afterglow Room-Temperature Emission2022

    • 著者名/発表者名
      Kikuya Hayashi, Kei Fukasawa, Takashi Yamashita, Shuzo Hirata*
    • 雑誌名

      Chemistry of Materials

      巻: 34 号: 4 ページ: 1627-1637

    • DOI

      10.1021/acs.chemmater.1c03688

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Molecular physics of persistent room-temperature phosphorescence and long-lived triplet excitons2022

    • 著者名/発表者名
      Shuzo Hirata*
    • 雑誌名

      Applied Physics Reivews

      巻: 9 号: 1 ページ: 011304-011304

    • DOI

      10.1063/5.0066613

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermo-Reversible Persistent Phosphorescence Modulation Reveals the Large Contribution Made by Rigidity to the Suppression of Endothermic Intermolecular Triplet Quenching2021

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Kusama, Shuzo Hirata*
    • 雑誌名

      Frontiers in Chemistry

      巻: 7 ページ: 788577-788577

    • DOI

      10.3389/fchem.2021.788577

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Key of Suppressed Triplet Nonradiative Transition-Dependent Chemical Backbone for Spatial Self-Tunable Afterglow2021

    • 著者名/発表者名
      Indranil Bhattacharjee, Kikuya Hayashi, Shuzo Hirata*
    • 雑誌名

      JACS Au

      巻: 1 号: 7 ページ: 945-954

    • DOI

      10.1021/jacsau.1c00132

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Chiral Approach to Investigate Mechanism of Highly Efficient Thermally Activated Delayed Fluorescence2021

    • 著者名/発表者名
      Kikuya Hayashi, Arimasa Matsumoto, Shuzo Hirata*
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 57 号: 14 ページ: 1738-1741

    • DOI

      10.1039/d0cc08064k

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Vibrational Radiationless Transition from Triplet States of Chromophores at Room Temperature2021

    • 著者名/発表者名
      Shuzo Hirata*, Indranil Bhattacharjee
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry A

      巻: 125 号: 3 ページ: 885-894

    • DOI

      10.1021/acs.jpca.0c09410

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] The Substituent-Induced Symmetry-Forbidden Electronic Transition Allows Significant Optical Limiting under Weak Sky-Blue Irradiance2020

    • 著者名/発表者名
      Takuya Kamatsuki, Indranil Bhattacharjee,* and Shuzo Hirata*
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry Letters

      巻: 11 号: 20 ページ: 8675-8681

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.0c02694

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Phosphorescence Quenching of Heavy-atom-free Dopant Chromophores Triggered by Thermally Activated Triplet Exciton Diffusion of Conjugated Crystalline Host2020

    • 著者名/発表者名
      Shuzo Hirata*, Hyuman Hara, Indranil Bhattacharjee
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 124 号: 45 ページ: 25121-25132

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.0c07864

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 分子固体ホストの相状態の違いを利用した分子間熱活性三重項消光因子の考察2021

    • 著者名/発表者名
      草間 智也、平田 修造
    • 学会等名
      日本化学会 第102春季年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Key factor facilitating triplet-singlet resonance energy transfer for efficient red afterglow emission2021

    • 著者名/発表者名
      Kikuya Hayashi, Kei Fukasawa, Takashi Yamashita, Shuzo Hirata
    • 学会等名
      Web Annual Meeting on Photochemistry 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 置換基誘起の対称禁制遷移分子を用いた弱連続青色光下での大きな光制限効果2021

    • 著者名/発表者名
      釜付卓弥、平田修造、Indranil Bhattacharjee
    • 学会等名
      日本化学会第101春季年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 実験と理論の協働によるπ共役系凝集体における三重項失活メカニズムの考察2020

    • 著者名/発表者名
      平田修造
    • 学会等名
      第69回高分子討論会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 蓄光ナノイメージングを可能にする高輝度残光型室温りん光分子の開発2020

    • 著者名/発表者名
      平田修造
    • 学会等名
      第69回高分子討論会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Highly Efficient Persistent Room Temperature Phosphorescence From Heavy Atom Free Molecules Triggered By Hidden Long Phosphorescent Antenna2020

    • 著者名/発表者名
      Indranil Bhattacharjee, Shuzo Hirata
    • 学会等名
      Web Annual Meeting on Photochemistry 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] ドナーアクセプター直交型キラル分子を利用した高効率熱活性化遅延蛍光発生要因の考察2020

    • 著者名/発表者名
      林希久也、松本有正、平田修造
    • 学会等名
      2020年web光化学討論会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] The effect of the lowest singlet excited state lifetime on up-conversion emission via stepwise two-photon absorption2020

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Yomogita, Shuzo Hirata
    • 学会等名
      Web Annual Meeting on Photochemistry 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [図書] 化学工業2021

    • 著者名/発表者名
      平田修造
    • 総ページ数
      6
    • 出版者
      化学工業社
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [図書] 化学工業6月号2021

    • 著者名/発表者名
      平田修造
    • 総ページ数
      6
    • 出版者
      株式会社化学工業社
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [図書] Single-Molecule Level Study and Control of Collective Photosynergetic Responses in Molecules and Molecular Aggregates; Photoresponse in Molecular Complexes and Related Systems2020

    • 著者名/発表者名
      Martin Vacha*, Shuzo Hirata
    • 総ページ数
      21
    • 出版者
      Springer, Singapore
    • ISBN
      9789811554513
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [図書] コンバーテック12月号:明るい環境下でも視認可能な高輝度蓄光分子2020

    • 著者名/発表者名
      平田修造
    • 総ページ数
      4
    • 出版者
      株式会社加工技術研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [図書] OPTRONICS11月号2020

    • 著者名/発表者名
      平田修造
    • 総ページ数
      6
    • 出版者
      株式会社オプトロニクス社
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [産業財産権] 発光材料、及び蓄光材料2020

    • 発明者名
      平田修造、バタチャージーインドラニル
    • 権利者名
      平田修造、バタチャージーインドラニル
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

URL: 

公開日: 2020-04-28   更新日: 2024-12-25  

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