| 研究課題/領域番号 |
15H03539
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| 研究機関 | 東京理科大学 |
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研究代表者 |
河合 武司 東京理科大学, 工学部工業化学科, 教授 (10224718)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 中空粒子 / 紫外線照射 |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、高分子ナノ粒子に紫外線を照射すると中空化する現象において、望みの粒径・空孔径・組成を持つ中空ナノ粒子の迅速・簡便な作製法の確立と中空ナノ粒子の生成過程の解明を目的としている。本年度は、中空構造に及ぼす粒子サイズの影響について調べた。その結果、粒子径200 nmのPS粒子ではほぼ中心部に空孔が形成すること、粒径500 nm～10,000 nmのPS粒子では下部に空孔が形成することを電子顕微鏡による3Dトモグラフ観察から証明した。また100 nm以下の粒子では空孔形成が遅いため、空孔形成前に粒子が融解することも明らかとした。
一方、これまでは紫外線を水面上粒子膜に対して真上から照射していたが、紫外線を斜めから照射して中心から横方向にずれた空孔を形成させる方法を試みた。この技術が確立できれば、入射角を制御して中心部以外の望みの場所・形状の空孔が作製できる新規ナノ技術となる。例えば、まず中心に空孔を作った後、集束光によって粒子上部に空孔を作れば、これまでに報告のない２つの空孔(すなわち２つの化合物を充填できる)の中空ナノ粒子も作製可能となる。そこで光の照射角度および方位角の影響を検討したところ、照射角度によって中心からずれた位置に孔を形成させることおよび方位角を変えることによって孔の数を３つまで増やすことに成功した。さらに、空孔の成長機構を電子顕微鏡による3Dトモグラフ観察から調べたところ、空孔は、紫外線の照射方向ではなく、粒子の下部から真上方向に成長することが明らかとなった。
電磁波解析ソフトにより粒子内の紫外線強度分布の理論計算を行ったところ、空孔が形成する粒子内部で強度が最も高いこと、紫外線強度の分布は粒子周囲の屈折率にも大きく依存することを明らかとした。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本年度は、(1) 空孔形成に及ぼす粒子サイズの影響を解明したこと、(2)紫外線照射角度によって空孔位置が制御できることを実証し、また方位角によって空孔数を増やすことにも成功したこと、さらに(3)電磁波解析ソフトによる粒子内の紫外線強度分布の理論計算と空孔形成位置との良い相関が得られたことから、当初の予定以上の成果が達成できた。また、(3)の理論計算と実測の良い一致は、空孔位置の予測可能性を示しており、大いに評価できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
中空化技術の必要条件についてはおおよその部分は明らかとなったが、本年度は、まだ達成できていない空孔形態の制御と粒子外部材料の中空化について検討する。さらに、FDTD理論計算による紫外線強度分布と空孔位置の関連性を調べ、空孔位置の予測可能性について検討する。
（１）空孔形態の制御：光照射の強度・時間・波長と空孔の大きさとの関係と空孔位置の制御技術を組み合わせれば、２つ以上の独立あるいは連結した空孔を持つ中空ナノ粒子が作製できる。この技術が確立できれば、入射角を制御して中心部以外の望みの場所・形状の空孔が作製できる新規ナノ技術となる。紫外線を斜めから入射することによって、中心からずれた位置に空孔を作成できる技術を用いて、粒子を回転させることによってらせん状の空孔の作製について検討する。これが達成できれば、空孔の形態が自在に制御できる技術に発展させることとなる。粒子の空孔の形態および形成過程については3D-TEMトモグラフ法によって可視化して評価する。さらに、粒子内にキラリティーを持ったらせん状空孔が形成できれば、空孔内に金属粒子などを内包させ、その光学特性を明らかとする。
（２）粒子以外の中空化：紫外線照射による空孔の生成は粒子のレンズ効果と思われるので、高分子薄膜の上に配列したポリマー粒子あるいはシリカ粒子に紫外線を照射し、高分子薄膜の空孔形成について調べる。粒子で得られた知見を活かし、紫外線の傾斜照射法などを併用して高分子薄膜のナノ化工技術を確立する。
（３）FDTD計算による光強度分布と空孔位置の関連性：昨年度、導入した電磁波解析ソフト（FDTD法によるシミュレーション）を用いて、紫外線の照射角度の影響を明らかとする。さらに、理論的な光強度分布と実際の空孔位置との関連性を解明し、空孔位置の精密制御の指針を得る。
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