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本研究の目的は、高分子のトポロジー的特性を利用した手法でナノ粒子の一次元配列、およびその集合体を形成し、そこから発現する電気光学作用を光デバイスや反応場に利用する事である。申請者の発見した自己組織化による手法に加え、今年度は高分子と金ナノ粒子のコンポジットを作製して伸長によりナノ粒子配列を形成し、ナノフォトニクス特性の発現を検討した。
ガラス基板の表面に形成したPTFE配向薄膜基板と、別途作製したマイクロ流路を組み合わせてマイクロセルを作製した。そのセル内で金コロイド溶液を流動させる事により、スケールアップしたナノ粒子配列構造の形成に成功した。金ナノ粒子の周囲にポリマー層を形成したコアシエル型ナノ粒子についても、配列構造形成に成功した。
また、比較試料としてゴムと金ナノ粒子のコンポジットを作製した。この試料についても、伸長に伴い直線偏光の吸収ピーク波長シフト(ナノフォトニクス特性)が可逆的に起こっていることを見出した。マトリックス単体に比べて、コンポジットでは応力光学定数が低下するという現象も発見した。透過型電子顕微鏡観察により、こうした効果はナノ粒子のマイクロクラスターがマトリックスと共に変形しているためだと明らかになった。さらに、ナノ粒子の配列する機構を明らかにするため、各種のゴム材料について伸長下での構造形成過程について、複屈折やX線回折・散乱などの手法で詳細に解析し、分子鎖の配向挙動を明らかにした。
以上の結果より、光回路や非線型光学素子などに有効なナノ粒子材料と配列構造を提案する。
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