| 研究課題/領域番号 |
16J01487
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
久光 翔太 九州大学, 工学府, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-22 – 2019-03-31
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| キーワード | イオン液体 / ナノ構造 / 励起子 / 三重項エネルギー |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目標は、π平面部位を分子構造中に有するイオン液体中における長距離三重項励起子拡散の達成と、長距離励起子拡散を用いて初めて達成される新現象の観測である。
イオン液体中が液体でありながらナノスケールの構造を持つことは近年よく知られているが、このようなナノ構造を材料としての機能性に直接結びつけた例は極めて少なく、特にイオン液体そのものの光・電子的物性に応用した例は現在まで全くない。
本研究においては、ナノ構造中でπ平面を有した色素部位を集合させ、色素集合構造中での励起エネルギー拡散を目指す。本年度は特に、π平面を有した機能性部位を導入した発光性イオン液体中における秩序構造の理解と、形成された構造が一重項励起子に如何に影響するかという点を明らかにすることに注力した。
本研究で用いた発色団部位を有する光機能性イオン液体について放射光を用いたX線回折測定を行なったところ低角側にピークが観測され、ナノ構造の存在が明らかとなった。さらにこの測定を複数のイオン液体に対して行うことで、カチオン分子のアルキル鎖長を変更することにより、ナノ構造が変化していることを示唆する結果を得た。
さらに、このようなナノ構造の異なるイオン液体中の蛍光特性を比較することで、様々な発光性イオン液体中での一重項励起子光学特性を比較した。蛍光寿命を詳細に解析することにより、密なナノ構造を示すイオン液体中において一重項励起子が失活しやすいという知見を得た。
本年度は液体中の構造と蛍光特性の相関を調査することで、発光性イオン液体という材料群の研究を遂行するうえで最も基礎となる部分を固めることができた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
放射光を用いたX線構造解析により、液体中の構造情報を詳細に得ることができた。種々の液体の比較から、ナノ構造に関する新たな知見を得ることができた。またこれ以外にも、液体中の構造と結晶中の構造の類似性に関する結果も得ることに成功した。
イオン液体の蛍光寿命を波長分解で測定することで励起子ダイナミクスに関する情報を得ることに成功した。液体中での発光性部位同士の会合状態に関して議論することが可能となった。Ｘ線構造解析のデータと合わせて、液体中のナノ構造を蛍光特性と関連付けて理解することに成功した。
これらの結果は研究発足当初には想定していなかった部分が多く、多種多様な発光性イオン液体を合成したこと、および様々な側面から測定を行い、イオン液体の物性の理解に取り組んだ結果により成し得ることができた。以上の理由により、本年度、本研究は当初の計画以上に進展したと判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後本研究では、液体中の構造情報を分子・原子レベルのスケールでの理解、およびイオン液体中の三重項励起子ダイナミクスの理解、またこれらの知見を利用した新規機能の開拓に取り組む。
X線回折により得られた情報をpair distribution function解析により原子間距離の相関に変換して解析することで、イオン液体中で実際にどのように分子が配列しているかを解明する。また励起三重項エネルギーの寿命や拡散長を構造情報と合わせて比較することで、三重項励起子のダイナミクスとイオン液体中のナノ構造との相関に関して追究する。これらにより、長距離の三重項拡散に向けたイオン液体の分子設計指針を確立し、最も優れた三重項拡散特性を示すと予想されるイオン液体を合成し、これを用いることで、長距離エネルギー輸送を利用して初めて成し得る新現象の実現を試みる。
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