オパール・逆オパール形状を持ったナノメータサイズの多孔性光触媒の合成

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14050104
• 研究機関: (財)神奈川科学技術アカデミー
• 研究代表者: 顧 忠沢 (財)神奈川科学技術アカデミー, 光科学重点研究室, 研究員 (70311438)
• 研究分担者: 崔 愛莉 (財)神奈川科学技術アカデミー, 光科学重点研究室, 研究員 ; 銭 衛平 (財)神奈川科学技術アカデミー, 光科学重点研究室, 研究員
• キーワード: 表面・界面物性 / フォトニック結晶 / 光触媒 / コロイド結晶 / 自己集合

研究概要

我々はフォトニック結晶に光応答性のある液晶を導入し、光で散乱状態を制御することによってフォトニック結晶の光伝播を制御することに成功した。
ここで用いたフォトニック結晶は逆オパールである。作製法としては、まず、垂直堆積法によりガラス基板上に単分散ポリスチレン粒子を自己集合化し、オパール膜を作製した。次にオパール膜を粒径6nmのシリカナノ粒子のエタノール溶液に浸し、一定速度で引き上げることによってシリカナノ粒子をポリスチレン粒子間の隙間に充填した。そして、500℃で1時間焼成することにより、ポリスチレン粒子を取り除き、シリカの逆オパール構造を作製した。
逆オパール膜をガラス基板ではさみ、隙間に液晶を導入した。ここで用いた液晶は、ネマチック液晶(5CB)とアゾベンゼン誘導体液晶(AzoLC)を混合したものである。液晶を導入する際、等方相の状態にするために試料を相転移点上の温度に保ち、導入したあとに自然冷却した。フォトニック結晶の光学特性は室温で反射スペクトルを測定することにより評価した。
光照射を行う前は、明確なピークは観察されなかった。これに紫外光を照射すると、600nm付近に強いピークが現れた。このピークは逆オパール構造に由来するストップバンドによるものである。続いて、可視光を照射すると、このピークは減衰し、最終的に紫外光を照射する前と同じスペクトルとなった。この結果から、光照射により可逆的に反射スペクトルの変化が起こることが分かった。
このような光応答性のあるフォトニック結晶はフォトニック結晶として応用できるだけではなく、情報記録や、表示などの材料としての応用も期待されている。

研究成果

• [文献書誌] Z.-Z.Gu, R.Horie, S.Kubo, Y.Yamada, A.Fujishima, O.Sato: "Fabrication of a Metal-coated Three-dimensionally Ordered Macroporous Film and its Application as a Refractive Index Sensor"Angew. chem. Int. Ed.. 41. 1153-1156 (2002)
• [文献書誌] Z.-Z.Gu, A.Fujishima, O.Sato: "Patterning of a Colloidal Crystal Film on a Modified Hydrophilic and Hydrophobic Surface"Angew. chem. Int. Ed.. 41. 2067-2070 (2002)
• [文献書誌] W.Qian, Z.-Z.Gu, A.Fujishima, O.Sato: "Three-Dimensionally Ordered Macroporous Polymer Materials : An Approach for Biosensor Applications"Langmuir.. 18. 4526-4529 (2002)
• [文献書誌] S.Kubo, Z.-Z.Gu, D.A.Tryk, Y.Ohko, O.Sato, A.Fujishima: "Metal-Coated Colloidal Crystal Film as Surface Enhanced Raman Scattering Substrate"Langmuir.. 18. 5043-5046 (2002)
• [文献書誌] S.Kubo, Z.-Z.Gu, K.Takahashi, Y.Ohko, O.Sato, A.Fujishima: "Control of the Optical Band Structure of Liquid Crystal Infiltrated Inverse Opal by a Photo-induced Nematic-Isotropic Phase Transition"J. Am. chem. Soc.. 124. 10950-10951 (2002)
• [文献書誌] Z.-Z.Gu, H.Uetsuka, K.Takahashi, R.Nakajima, H.Onishi, A.Fujishima, O.Sato: "Structural Color and the Lotus Effect"Angew. Chem. Int. Ed.. (in press).