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2016 年度 実施状況報告書

ジアセチレンナノ結晶の構造相転移ダイナミクスの制御と高性能光・電子材料の創出

研究課題

研究課題/領域番号 15K05618
研究機関東北大学

研究代表者

小野寺 恒信  東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (10533466)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワード有機ナノ結晶 / ポリジアセチレン / 三次非線形光学材料
研究実績の概要

本申請研究では、ジアセチレン(DA)ナノ結晶における構造相転移型固相重合反応のサイズ効果を解明するとともに、ポリジアセチレン(PDA)ナノ結晶の三次非線形光学特性との構造相関を明らかにすることで、有機結晶の相転移現象に特有のサイズ効果の解明とバルク結晶を凌駕するナノ結晶材料の創出を目指した。
二年目は、サイズ・形状制御したPDAナノ結晶について、構造評価を行った。個々のナノ結晶のTEM測定および電子線回折測定に成功するとともに、ナノ結晶の粉末についてXRD測定を行った結果、ナノ結晶の結晶格子定数はバルク結晶と比較して僅かに変化することを初めて明らかにしたことで、吸収スペクトルの結晶サイズ依存性の原因の一端を明らかにしたと考えている。次いで、PDAナノ結晶の非線形光学特性評価に向けて、PDAナノ結晶薄膜の作製を行った。従来は光散乱損失の小さい薄膜の作製に困難を伴っていたが、緩衝材としてPVAを加えたテーパードセル法を適用することで、光学的品質の高い薄膜が作製可能であることが分かった。また、ファイバーナノ結晶をテーパードセル法で薄膜化した場合、ナノファイバーが一軸配向することで、擬似単結晶薄膜が得られることが分かった。得られた薄膜のひとつを用いて、分光エリプソメトリーによる複素誘電率測定およびpump-probe分光法(高速過渡光学応答測定)による非線形光学特性評価を行った結果、得られた薄膜は測定に耐えうる光学的品質であることを確認した。

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

二年目には、サイズ・形状制御されたポリジアセチレン(PDA)ナノ結晶を作製して構造評価するとともに、非線形光学特性評価に向けて、光散乱損失の小さい薄膜の作製に注力した。具体的には、
(1)PDAナノ結晶の構造評価
サイズ・形状制御されたPDAナノ結晶を作製し、ナノ結晶のTEM測定および電子線回折測定に成功した。電子線損傷する前に像を取得することに苦労したものの、測定できたナノ結晶についてはほぼ単一ドメインの結晶であることを確認できた。また、ナノ結晶の粉末についてXRD測定を行った結果、ナノ結晶の結晶格子定数はバルク結晶と比較して僅かに変化することを初めて明らかにしたことで、吸収スペクトルの結晶サイズ依存性の原因の一端を明らかにしたものと考えている。
(2)非線形光学特性評価に向けたPDAナノ結晶薄膜の作製
PDAナノ結晶の非線形光学特性評価に向けて、PDAナノ結晶薄膜の作製を行った。これまでは光散乱損失の小さい薄膜を再現性良く作製することが困難であったことから、複数の手法(移流集積法、高分子電解質を用いた交互積層法、光硬化性樹脂中への配向固定化など)を用いて再度薄膜化条件の最適化を試みた結果、緩衝材としてPVAを加えたテーパードセル法を適用することで、光学的品質の高い薄膜が作製可能であることが分かった。また、ナノ結晶ファイバーをテーパードセル法で薄膜化した結果、横毛管力によってナノファイバーが一軸配向することで、擬似単結晶薄膜の作製にも成功した。得られた薄膜のひとつを用いて、分光エリプソメトリーによる複素誘電率測定およびpump-probe分光法(高速過渡光学応答測定)による非線形光学特性評価を行った結果、得られた薄膜はどちらの測定にも耐えうる高い光学的品質を有することを確認できた。

今後の研究の推進方策

これまでの研究実施状況は順調に推進できていることから、最終年度には、作製したPDAナノ結晶薄膜を用いて、非線形光学特性の結晶サイズ依存性を明らかにする。また、PDAナノ結晶の三次非線形光学特性との構造相関を明らかにすることで、バルク結晶を凌駕するナノ結晶材料を創出する。

次年度使用額が生じた理由

次年度使用額は、今年度の研究を効率的に推進したことにより発生した未使用額である。

次年度使用額の使用計画

平成29年度請求額と合わせて、計画している研究の遂行に使用する予定である。特に、ポリジアセチレンナノ結晶の非線形光学特性の結晶サイズ依存性を明らかにするために、追加分配する予定である。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2017 2016

すべて 学会発表 (13件) (うち国際学会 6件、 招待講演 3件)

  • [学会発表] 光材料を目指したハイブリッド高分子ナノ結晶の展開2017

    • 著者名/発表者名
      小野寺 恒信
    • 学会等名
      第91回先端計測オープンセミナー
    • 発表場所
      物質・材料研究機構(茨城県つくば市)
    • 年月日
      2017-01-17
    • 招待講演
  • [学会発表] ポリジアセチレン誘導体のナノ構造・形態制御2016

    • 著者名/発表者名
      伊藤 稚菜,小野寺 恒信,及川 英俊
    • 学会等名
      2016高分子学会東北支部研究発表会
    • 発表場所
      山形大学米沢キャンパス(山形大学米沢市)
    • 年月日
      2016-11-11
  • [学会発表] 有機・高分子ナノ結晶の光学特性と構造相関2016

    • 著者名/発表者名
      小野寺 恒信
    • 学会等名
      錯体化学若手の会東北支部第8回勉強会
    • 発表場所
      東北大学(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-11-05
    • 招待講演
  • [学会発表] Recent Progress on Conjugated Polymer Nanofibers: Hybridization and Nonlinear Optical Response2016

    • 著者名/発表者名
      T. Onodera, Y. Takeda, H. Oikawa
    • 学会等名
      14th International Conference on Frontiers of Polymers and Advanced Materials (ICFPAM2016)
    • 発表場所
      Daejeon convention center (Daejeon, Korea)
    • 年月日
      2016-11-01
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Polydiacetylene Nanofibers for Nonlinear Optical Material2016

    • 著者名/発表者名
      T. Onodera, Hidetoshi Oikawa
    • 学会等名
      Melbourne-Tohoku Symposium on Advanced Materials...Scientific & Engineering Challenges, Part 2
    • 発表場所
      Tohoku Univ. (Sendai, Miyagi)
    • 年月日
      2016-09-26
    • 国際学会
  • [学会発表] π共役系高分子ナノファイバーの作製と配向薄膜の光機能2016

    • 著者名/発表者名
      和田 康佑,小野寺 恒信,Rodrigo Sato,武田 良彦,及川 英俊
    • 学会等名
      平成28年度繊維学会秋季研究発表会
    • 発表場所
      山形大学米沢キャンパス(山形大学米沢市)
    • 年月日
      2016-09-20
  • [学会発表] ポリジアセチレンナノファイバー/貴金属ナノ粒子ハイブリッド薄膜における非線形光学特性2016

    • 著者名/発表者名
      和田 康佑,小野寺 恒信,笠井 均,及川 英俊
    • 学会等名
      第65回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ(新潟県新潟市)
    • 年月日
      2016-09-16
  • [学会発表] Third-order Nonlinear Optical Property of Polydiacetylene Hybrid Thin Films2016

    • 著者名/発表者名
      和田 康佑,小野寺 恒信,Rodrigo Sato,武田 良彦,及川 英俊
    • 学会等名
      平成28年度化学系学協会東北大会
    • 発表場所
      いわき明星大(福島県いわき市)
    • 年月日
      2016-09-08
  • [学会発表] Nonlinear Optical Properties of Polydiacetylene Nanofibers2016

    • 著者名/発表者名
      T. Onodera, Haruki Maki, R. Sato, Y. Takeda, H. Kasai, H. Oikawa
    • 学会等名
      KJF International Conference on Organic Materials for Electronics and Photonics (KJF-ICOMEP 2016)
    • 発表場所
      ACROS FUKUOKA (Fukuoka, Fukuoka)
    • 年月日
      2016-09-07
    • 国際学会
  • [学会発表] Nonlinear Optical Property of Polydiacetylene Hybrid Nanamaterials2016

    • 著者名/発表者名
      K. Wada, T. Onodera, R. Sato, Y. Takeda, H. Oikawa
    • 学会等名
      THE SEVENTH TOHOKU UNIVERSITY'S CHEMISTRY SUMMER SCHOOL 2016
    • 発表場所
      Tohoku Univ. (Sendai, Miyagi)
    • 年月日
      2016-08-19
    • 国際学会
  • [学会発表] Solid-State Polymerization in Polydiacetylene Nanofibers and Their Nonlinear Optical Properties2016

    • 著者名/発表者名
      T. Onodera, Hidetoshi Oikawa
    • 学会等名
      Case Western Reserve Univ.-TU Workshop
    • 発表場所
      Tohoku Univ. (Sendai, Miyagi)
    • 年月日
      2016-08-10
    • 国際学会
  • [学会発表] ポリジアセチレンナノ結晶における固相重合挙動と光学特性の結晶サイズ効果2016

    • 著者名/発表者名
      和田 康佑,小野寺 恒信,笠井 均,及川 英俊
    • 学会等名
      第65回高分子学会年次大会
    • 発表場所
      神戸国際会議場(兵庫県神戸市)
    • 年月日
      2016-05-25
  • [学会発表] SOLID-STATE POLYMERIZATION IN POLYDIACETYLENE NANOCRYSTALS AND THEIR NONLINEAR OPTICAL PROPERTIES2016

    • 著者名/発表者名
      T. Onodera, Haruki Maki, Rodrigo Sato, Yoshihiko Takeda, Hitoshi Kasai, Hidetoshi Oikawa
    • 学会等名
      26th IUPAC & KJFP2016
    • 発表場所
      Osaka City Central Public Hall (Kita-ku, Osaka)
    • 年月日
      2016-04-05
    • 国際学会

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公開日: 2018-01-16  

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