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ありふれた無機物質を主成分とするバイオミネラルは、有機分子の制御によってナノレベルから階層的に複合化され、その構造に由来する高い機能を発現する。本研究では、有機分子一無機結晶の相互作用に基づいて自発的に制御された結晶成長により、バイオミネラル類似の有機介在型階層的無機結晶(=メソクリスタル)を多様な物質系において創出することを目指した。メソクリスタルの最適な構造化によって、環境に負荷を与えない汎用的無機結晶を母体としながら、優れた強度・自己修復・生体活性・電気化学特性など、無機結晶や有機分子の単独では得られない自然調和型・動的融合機能の発現が期待できる。
平成22年度は、メソクリスタルの構造制御による電極材料の作製と、メソクリスタルの自己修復材料としての可能性を検討した。電極材料への応用へ向け、炭酸マンガンを前駆体とした、酸化マンガンおよびマンガン酸リチウムメソクリスタルの作製を行った。炭酸マンガンメソクリスタルを前駆体とすることで、メソクリスタル構造を維持した酸化マンガンとマンガン酸リチウムを合成できることを見出した。メソクリスタル構造にすることで、充放電を繰り返しても劣化が少ないリチウムイオン二次電池の電極となることがわかった。また、メソクリスタルの自己修復材料としての可能性について、バイオミネラルのin vitro修復をもとに検討を行った。具体的には、炭酸カルシウムで構成される貝殻稜柱層をモデルとして選び、それを部分的に溶解させた後、再度成長させた。このとき、合成高分子を共存させることで、もとの貝殻稜柱層と同様の形態・配向性・メソクリスタル構造を修復させることが可能であった。
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