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2015 年度 実施状況報告書

光応答性スイッチング機能を有するポリマー白色発光体の創成と開発

研究課題

研究課題/領域番号 15K13706
研究機関京都大学

研究代表者

赤木 和夫  京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20150964)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2017-03-31
キーワード共役ポリマー / 三原色 / 白色発光 / 光応答性 / ジチエニルエテン / 光異性化 / 光スイッチング / ナノ粒子
研究実績の概要

赤緑青(RGB)蛍光色をもつ三種類の共役ポリマーの側鎖に光応答性部位を導入して、側鎖の開閉環光異性化を通じて、各ポリマーの蛍光色の発光と消光を制御した。1. 三種類の芳香族共役ポリマー(P1,P2,P3)を合成した。P1はフローレンとフェニレンからなるコポリマー誘導体、P2はポリパラフェニレンビニレン誘導体であり、それぞれ青および緑色の蛍光を示す。P3は、フローレン部位と4,7-(2-ジエチル)-2,1,3-ベンゾチアヂアゾール部位を含むコポリマー誘導体であり、赤色の蛍光を発現する組成比を最適化した。2. P1とP2は、フェニレン繰り返し単位部位に、P3はフローレン繰り返し単位部位に、それぞれ光応答性ジチエニルエテン[DE]部位を導入した。3. 各ポリマーに紫外光および可視光を照射すると、側鎖のDEが閉環および開環し、それに伴い、各赤緑青(RGB)の蛍光色が消光および発光することを分光学的に実証した。紫外・可視光の照射に伴う蛍光の発光と消光の繰り返し耐久性を明らかにした。4. 各RGBポリマーのナノ粒子を調製した後、これらを最適の組成比で混合して白色蛍光のナノ粒子溶液およびキャストフィルムを得た。これに紫外・可視光を照射して、白色蛍光の発光と消光をスイッチング制御すること可能とした。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

本研究の第1の目標である、側鎖の光応答性部位の開環・閉環を伴う光異性化を通じて、各ポリマー主鎖のRGB蛍光および白色蛍光の発光と消光を可逆的にスイッチングすることを実現した。そこで、第二の目標である、白色蛍光と各RGB蛍光とのスイッチングを光で制御することを試み、こちらも本研究開始一年目で成功することができた。すなわち、三種類の共役ポリマーの混合系において、そのひとつを、光応答性側鎖をもたないポリマーに置き換えることで、白色と各RGB色との間で可逆的に発光色が変わるポリマー系を開発した。
まず、三種類の芳香族共役ポリマー(P1,P2,P3)と同じ主鎖骨格を持ち、側鎖には光応答性部位を持たないポリマー(P1’,P2’,P3’) を合成した。次に、RGBポリマーナノ粒子から混合系において、ポリマーのひとつを、光応答性部位を持たない(長鎖アルキル基を有する)ポリマーに置き換えることで、白色と各RGB色との間で可逆的に発光色が変わる新規混合系を調製した。すなわち、三種類の組み合わせからなる混合系(P1’,P2,P3)、(P1,P2’,P3)、(P1,P2,P3’)は全て白色蛍光を示すが、これらに紫外光を照射すると、それぞれ赤、緑、青色の蛍光を示し、次に、可視光を照射すると、全て白色蛍光に戻ることを実現した。
さらに、ポリマーナノ粒子からなるキャスト薄膜を調製して、ナノ粒子からなる溶液の場合と同様の実験と評価を行った。これにより、ナノ粒子からなる溶液および薄膜状態での光応答性スイッチング機能を有するポリマー白色発光体群を開発することに成功した。

今後の研究の推進方策

レインボーカラーと称せられる七色の蛍光発光の芳香族共役ポリマーの側鎖に、光応答性のジチエニルエテン部位を導入する。側鎖のジチエニルエテン部位の開環と閉環をもたらす光異性化により、主鎖の発光を可逆的に発光と消光をスイッチングすることを実現して、七色の発光と消光を光り照射で制御することを可能とする。
1.七種類の芳香族共役ポリマーおよび共役コポリマー(P1~P7)を合成する。これらのポリマーの側鎖に、それぞれ光応答性ジチエニルエテン部位(DE)を導入する。
2.各ポリマーに紫外光および可視光を照射することで、側鎖のDEが閉環および開環し、それに伴い、七色の蛍光色が発光および消光することを分光学的に示す。紫外・可視光の照射を繰り返すことで、蛍光の発光と消光の繰り返し耐久性を明らかにする。
3. 七色発光のポリマーのナノ粒子を調製した後、ナノ粒子からなる溶液およびキャストフィルムを調製する。これに紫外・可視光を照射して、七色蛍光の発光と消光をスイッチング制御する。

  • 研究成果

    (23件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 1件、 査読あり 7件、 謝辞記載あり 7件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 7件、 招待講演 9件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Morphology-Controlled Carbonaceous and Graphitic Materials Prepared from Conjugated Polymers as Precursors through Solid-State Carbonization2016

    • 著者名/発表者名
      S. Matsushita, B. Yan, M. Kyotani, K. Akagi
    • 雑誌名

      Synth. Met.

      巻: 216 ページ: 103-112

    • DOI

      10.1016/j.synthmet.2015.09.010

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Macroscopically Aligned Graphite Films Prepared from Iodine-Doped Stretchable Polyacetylene Films Using Morphology-Retaining Carbonization2015

    • 著者名/発表者名
      S. Matsushita, K. Akagi
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc.

      巻: 137 ページ: 9077-9087

    • DOI

      10.1021/jacs.5b04012

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Macroscopically Aligned Carbon and Graphite Whiskers Prepared from Poly(m-phenylene) Derivatives with Helicene-like Helical Structures2015

    • 著者名/発表者名
      B. Yan, S. Matsushita, K. Suda, K. Akagi
    • 雑誌名

      Chem. Mater.

      巻: 27 ページ: 2973-2980

    • DOI

      10.1021/acs.chemmater.5b00303

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Interchain Helically π-Stacked Assembly of Cationic Chiral Poly(para-phenylene) Derivatives Enforced by Anionic π-Conjugated Molecules through Both Electrostatic and π-π Interactions2015

    • 著者名/発表者名
      K. Watanabe, Z. Sun, K. Akagi
    • 雑誌名

      Chem. Mater.

      巻: 27 ページ: 2895-2902

    • DOI

      10.1021/acs.chemmater.5b00121

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Dynamic Control of Full-Colored Emission and Quenching of Photoresponsive Conjugated Polymers by Photostimuli2015

    • 著者名/発表者名
      K. Watanabe, H. Hayasaka, T. Miyashita, K. Ueda, K. Akagi
    • 雑誌名

      Adv. Funct. Mater.

      巻: 25 ページ: 2794-2806

    • DOI

      10.1002/adfm.201500136

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Helical Network Polymers Exhibiting Circularly Polarized Luminescence with Thermal Stability. Synthesis via Photo-Cross-Link Polymerizations of Methacrylate Derivatives in a Chiral Nematic Liquid Crystal2015

    • 著者名/発表者名
      J. Park, T. Yu, T. Inagaki, K. Akagi
    • 雑誌名

      Macromolecules

      巻: 48 ページ: 1930-1940

    • DOI

      10.1021/acs.macromol.5b00063

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Liquid Crystallinity-Embodied Imidazolium-Based Ionic Liquids and Their Chiral Mesophases Induced by Axially Chiral Tetra-Substituted Binaphthyl Derivatives2015

    • 著者名/発表者名
      S. Ahn, S.Yamakawa, K. Akagi
    • 雑誌名

      J. Mater. Chem. C

      巻: 3 ページ: 3960-3970

    • DOI

      10.1039/c4tc02968b

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 超階層構造制御されたらせん共役ポリマー2015

    • 著者名/発表者名
      赤木和夫
    • 雑誌名

      高分子

      巻: 64 ページ: 703-705

  • [学会発表] Hierarchically Assembled Conjugated Polymers with Photoresponsive Helical Structures and Chiroptical Properties2016

    • 著者名/発表者名
      K. Akagi
    • 学会等名
      International Conference on Science and Technology of Synthetic Metals (ICSM2014)
    • 発表場所
      Guangzhou (China)
    • 年月日
      2016-06-26 – 2016-07-01
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] キラルおよびラセミ芳香族共役系ポリマー間でのヘリカル積層π-π相互作用に基づくキラリティ転写2016

    • 著者名/発表者名
      野津賢祐、渡辺和誉、赤木和夫
    • 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 – 2016-05-27
  • [学会発表] Synthesis of Helical Network Polymers through Photo-Crosslink Polymerization in Chiral Liquid Crystal Field and Their Application to Chiral Templates2016

    • 著者名/発表者名
      T. Inagaki, J. Park, K. Akagi
    • 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 – 2016-05-27
  • [学会発表] キラル液晶が織りなす捻れの世界2016

    • 著者名/発表者名
      赤木和夫
    • 学会等名
      日本学術振興会・情報科学用有機材料第142委員会
    • 発表場所
      東京理科大学神楽坂キャンパス(東京都新宿区)
    • 年月日
      2016-03-10
    • 招待講演
  • [学会発表] Advances in Conjugated Polymers2015

    • 著者名/発表者名
      K. Akagi
    • 学会等名
      The 2015 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (PACIFICHEM 2015)
    • 発表場所
      Honolulu, Hawaii (USA)
    • 年月日
      2015-12-15 – 2015-12-20
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Recent Progress in Conjugated Polymers2015

    • 著者名/発表者名
      K. Akagi
    • 学会等名
      Pacific Polymer Conference 14
    • 発表場所
      Kauai, Hawaii (USA)
    • 年月日
      2015-12-09 – 2015-12-13
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 有機高分子系の熱分解を制御した形態保持化学的固相炭素化2015

    • 著者名/発表者名
      京谷陸征、松下哲士、赤木和夫
    • 学会等名
      炭素材料学会年会
    • 発表場所
      関西大学千里山キャンパス (大阪府吹田市)
    • 年月日
      2015-12-02 – 2015-12-04
  • [学会発表] 共役ポリマーの円偏光発光における極限的非対称性因子の実現2015

    • 著者名/発表者名
      赤木和夫
    • 学会等名
      日本化学繊維研究所第73回講演会
    • 発表場所
      京都大学桂ホール(京都府京都市)
    • 年月日
      2015-11-10
    • 招待講演
  • [学会発表] Hierarchically Assembled Conjugated Polymers with Helical Structures and Chiroptical Properties2015

    • 著者名/発表者名
      K. Akagi
    • 学会等名
      Bristol-Heidelberg-Kyoto (BHK) Symposium
    • 発表場所
      Bristol (UK)
    • 年月日
      2015-11-05 – 2015-11-06
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] セルロース系繊維材料の熱分解の無い化学的固相炭素化竹紙からの丈夫な高導電性炭化紙の生成2015

    • 著者名/発表者名
      京谷陸征、田中裕之、松下哲士、赤木和夫
    • 学会等名
      繊維学会秋季年会
    • 発表場所
      京都工芸繊維大学 (京都府京都市)
    • 年月日
      2015-10-22 – 2015-10-23
  • [学会発表] Recent Progress in Conjugated Polymers2015

    • 著者名/発表者名
      K. Akagi
    • 学会等名
      IUPAC 11th International Conference on Advanced Polymers via Macromolecular Engineering (APME 2015)
    • 発表場所
      Pacifico Yokohama (Yokohama, Japan)
    • 年月日
      2015-10-18 – 2015-10-20
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 光応答性不斉化合物を用いた液晶場のキラリティー制御2015

    • 著者名/発表者名
      植田健太、赤木和夫
    • 学会等名
      日本液晶討論会
    • 発表場所
      東京工業大学 すずかけ台キャンパス(神奈川県横浜市)
    • 年月日
      2015-09-07 – 2015-09-09
  • [学会発表] Progress in Helical Conjugated Polymers2015

    • 著者名/発表者名
      K. Akagi
    • 学会等名
      The Kyoto-Bordeaux Symposium
    • 発表場所
      Center of Innovation Building of Kyoto University (Kyoto, Japan)
    • 年月日
      2015-05-22
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Advances in Conjugated Polymers2015

    • 著者名/発表者名
      K. Akagi
    • 学会等名
      The International Symposium on Carbon Electronics (ISCE) 2015
    • 発表場所
      Pusan (Korea)
    • 年月日
      2015-05-11
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 研究紹介

    • URL

      http://www.fps.polym.kyoto-u.ac.jp/research.html

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公開日: 2017-01-06  

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