| 研究課題/領域番号 |
17H04873
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
中西 貴之 北海道大学, 工学研究院, 助教 (30609855)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 希土類 / 力学刺激発光 / 配位高分子結晶 |
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| 研究実績の概要 |
トリボルミネッセンス（トリボ発光）は押す、つぶすといった機械的刺激により結晶が発光する現象である。その原理には結晶破断時の短パルスX線発生やピエゾ効果による強電場など化合物ごとに異なり学術的未解明点も多いが、産業的には光や電子線などの高エネルギー励起源を用いず、シンプルな力学的な刺激だけで発光エネルギーを獲得できるため、新機能材料として注目されている。希土類を含む無機化合物がトリボ発光を示す報告例は多くあったがその光強度は微弱で、新しい材料探索とその機能・物質設計が求められてきた。
本研究では、他のトリボ発光物質とは一線を画す高輝度なトリボ材料として、希土類配位高分子の有機配位子と希土類とで発現する光機能に注目し、その特異的な現象：トリボの原理究明と微小反応場を用いた新規な材料開発を目的に研究を行なっている。昨年度は新しいトライボルミネッセンスの発光体の探索を行うため、希土類配位高分子の新しい合成手法として、結晶高分子に対する分子ドーピング法を開発した。これによりトリボ発現に重要な結晶空間群は維持したまま、局所的な電子状態の変化を与えることで新しい機能性を付与しトリボをはじめとする光機能に大きな変化を誘起することに成功した。また、結晶高分子を微小空間内に配列させ微小容器として機能化を行う合成検討では、孔径が200nm程度のポーラスアルミナ体を用いて、その孔中で希土類配位高分子の単結晶析出を行う合成検討を行い微小内部に希土類配位高分子の結晶粒子を導入できることを明らかにした。現在はその粗大化に着手しており無機の容器で囲まれた新しい発光体を提案した。微小エネルギー効率の有効利用の重要性から、トリボ発光体に関する研究は非常に活発化している。本研究は、巨視的な有機-無機ハイブリッドとしてその独自性が高くこれまでにない新規は発光体を提案することにつながることを期待している。
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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
昨年は計画通り、新しいトライボルミネッセンスの発光体の探索を行うため、希土類配位高分子の新規合成および機能性分子をドーピングする新しい合成法を開発し特許化した。また微小な反応容器への導入研究では、孔径が200nm程度のポーラスアルミナ体を用意し、その孔中で希土類配位高分子の単結晶析出に関する合成検討を行い、微小空間の内部に希土類配位高分子の結晶を導入できることを明らかにした。初年度の計画にあるミストを用いた錯体合成法では、合成容器を構成したミスト装置を組み立て、現在合成を開始できる環境を整えている。４月１日より異動により研究環境が変化するが、概ね装置の移管手続きを終えスムーズな移行を行えたと考えている。初年度に特許化した主要成果は現在論文にまとめてており投稿を予定している。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後の計画では、その成果を受け内部で大きな結晶を析出成長させる手法の検討を進めて行く。具体的には、溶媒を含む原料錯体を孔内へゆっくり供給できるように、希薄に制御した空間内で錯体の核形成と結晶成長をゆっくりと進める工夫を行い結晶の粗大化を行う。評価方法に関しては分子結晶の質・形態をＸ線および電子線回折、そしてTEMおよびFEーSEM観測で一次評価を行う。また初年度予算で、購入したプロバーシステムを用いて、バルク成長させた結晶に対し、トライボルミネッセンスと基礎発光物性の温度依存性を計測しその新しい知見を論文としてまとめる予定である。
またシンプルなアイディアで瞬間発光のトリボを持続視認可能な発光に変える新しい方法を計画通りに試みる。具体的には合成した配位高分子と粘弾性樹脂で構成する『残光性トリボ発光団』の開発を行う。結晶分散ビーズはラテックス(ジエン系から検討)から検討し、乳化懸濁重合で作製する。トリボ機能は弾性構造と重合時の結晶濃度（サイズ/形状）に強く依存すると考えられ、重要な評価項目となる。得られたビーズ塊に対し、評価装置で破断力以下の連続パルスここではサイズ制御したトリボナノ結晶をゴム粘弾性体へ分散させ引張試験や硬度試験による弾性／塑性変形時の定性解析を行い、学術的な知見と実用材料への検討を行う。
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