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2020 年度 実績報告書

高分子ナノシートを前駆体としたナノ多孔質超薄膜の構築と分子認識電極界面の開発

研究課題

研究課題/領域番号 20J11818
研究機関東北大学

研究代表者

石崎 裕也  東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2020-04-24 – 2022-03-31
キーワードナノ多孔質薄膜 / 高分子ナノシート / イオン選択性 / 分子認識 / 表面修飾 / 有機-無機ハイブリッド / Langmuir-Blodgett法 / 電気化学
研究実績の概要

本研究課題は、両親媒性の有機-無機ハイブリッド高分子ナノシートを前駆体として形成される多孔質SiO2超薄膜のナノ構造(膜厚・膜密度・細孔サイズ)および表面化学特性の同時制御により、高感度・高選択性を有する分子認識電極界面の開発を目的としている。本年度は、かご型シルセスキオキサン(SQ)を有する高分子ナノシートを前駆体としたナノ多孔質SiO2超薄膜の作製およびそのナノ構造制御を目的として研究を進めた。まず、Langmuir-Blodgett(LB)法を利用することでSQを有する有機-無機ハイブリッド高分子ナノシートを作製した。その後、室温・酸素雰囲気下でのUV光照射によりナノ多孔質SiO2超薄膜を作製した。フーリエ変換赤外分光(FT-IR)およびX線光電子分光(XPS)測定を利用して反応の進行を追跡した結果、高分子ナノシート内の有機部位の分解およびSQ部位の光酸化によってSiO2超薄膜が形成されることを明らかにした。また、得られたSiO2超薄膜の膜厚をサブナノメートルスケール(0.4 nm/layer)で制御可能であることを明らかにした。次に、高分子ナノシート内のSQ導入率を調節することで、最終的に得られる多孔質SiO2超薄膜の膜密度および細孔サイズの制御を試みた。原子間力顕微鏡(AFM)、水晶振動子マイクロバランス(QCM)および反射配置における小角X線散乱(SAXS)測定の結果から、高分子ナノシート内のSQ導入率に応じて膜密度を0.52から2.39 g/cm3の範囲で、平均的な細孔サイズを1.21から13.6 nmの範囲で制御可能であることを明らかにした。以上の結果から、SQを有する高分子ナノシートを前駆体とすることでナノ多孔質SiO2超薄膜の作製およびそのナノ構造制御が可能であることを明らかにした。

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

本年度までに、当初の計画で想定していたかご型シルセスキオキサンを有する高分子ナノシートを前駆体とした多孔質SiO2超薄膜の作製およびそのナノ構造制御を概ね達成することができた。

今後の研究の推進方策

本年度までに多孔質SiO2超薄膜の作製およびそのナノ構造制御を達成した。今後は、多孔質SiO2超薄膜のナノ構造に加え表面特性を制御することで、そのイオン・分子輸送特性を明らかにし、本研究課題の目的である高感度・高選択性を有する分子認識電極界面の開発を目指す。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (3件)

  • [雑誌論文] Controlled Ion Permeability of Ultrathin Nanoporous SiO2 Films from Silsesquioxane-Containing Polymer Nanosheets2020

    • 著者名/発表者名
      Ishizaki Yuya、Yamamoto Shunsuke、Miyashita Tokuji、Mitsuishi Masaya
    • 雑誌名

      ACS Applied Nano Materials

      巻: 3 ページ: 7454~7461

    • DOI

      10.1021/acsanm.0c01048

    • 査読あり
  • [学会発表] pH応答性ナノ多孔質SiO2超薄膜の作製と選択的イオン透過2021

    • 著者名/発表者名
      石﨑裕也、山本俊介、宮下徳治、三ツ石方也
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] ナノ多孔質SiO2超薄膜の表面機能化とイオン透過性2020

    • 著者名/発表者名
      石﨑裕也、山本俊介、宮下徳治、三ツ石方也
    • 学会等名
      第69回高分子学会年次大会
  • [学会発表] ナノ多孔質SiO2超薄膜の表面修飾とイオン透過性の制御2020

    • 著者名/発表者名
      石﨑裕也、山本俊介、宮下徳治、三ツ石方也
    • 学会等名
      第69回高分子討論会

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公開日: 2021-12-27  

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