| 研究課題/領域番号 |
21K14499
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| 研究機関 | 東京工科大学 |
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研究代表者 |
入谷 康平 東京工科大学, 工学部, 助教 (60815124)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | 気液界面 / 凝集有機発光 / 単分子膜 / 両親媒性分子 / 透明発光体 / テトラフェニルエチレン |
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| 研究実績の概要 |
近年、自動車のフロントガラスやパーティションなどの透明表示パネルに用いられる透明蛍光体に関心がもたれている。透明蛍光体の従来の作製方法として、蛍光物質の微粒子化やレアメタルを用いる方法があるが、微粒子化が困難であることや原料が高価であることなどの課題がある。一方で、蛍光分子を用いることで安価かつ軽量性やフレキシブル性を維持した透明発光体が得られると期待されるが、蛍光分子の多くは固体状態になると消光することが知られている。そこで本研究では、凝集状態でも効率的に発光する凝集誘起発光性 (AIE) 分子を用いた単分子膜を構築すること、またその発光波長を制御することを目的とした。単分子膜の形成は、大面積で二次元的周期構造を形成できる気液界面を利用し、AIE分子としてテトラフェニルエチレン (TPE) 骨格を用いた両親媒性分子を用いることとした。
これまでに、気液界面に分子を安定に配置するために、親水基をもつTPE誘導体を合成した。この分子を用いて、気液界面において単分子膜を作製したところ蛍光を発する膜が得られることを明らかにした。得られた分子膜をシリコン基板に転写した後、原子間力顕微鏡観察により膜厚を測定すると、単分子膜厚であることが示唆された。またガラス基板に転写後、分光器により発光波長を測定した。一方で、炭素数１２のアルキル鎖を導入したTPE誘導体を合成し単分子膜の作製を試みたところ、水面で安定な分子膜を構築しないことが分かった。アルキル鎖の炭素数が大きく疎水効果が大きかったため、単分子膜を形成するより水面上で分子が凝集したことが原因だと考えられる。膜形成の安定化において、気液界面に配置される分子の分子間力相互作用が鍵となると考え、分子間がより接触できるよう骨格を拡張した分子を設計し、合成に着手している。さたに波長変換として骨格の共役系を拡張した分子の合成も進めている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
１年目では、両親媒性のテトラフェニルエチレン (TPE) 誘導体を合成し、気液界面において単分子膜を作製することを目的とした。目的物の合成に成功し、単分子膜測定装置により、気液界面において単分子膜の作製を試みた。溶質濃度や水温などの単分子膜作製条件を検討した結果、表面圧-平均分子面積等温線のモニターにより、室温では安定な膜構造を形成しなかったが、水温を５℃程度の条件では膜を形成することを明らかにした。得られた膜をシリコン基板に転写し、原子間力顕微鏡で観察することで、均一な膜が形成されていることと、膜厚が単分子の厚さに相当することも分かった。さらに、石英基板に転写後に分光器で紫外可視吸収スペクトルおよび蛍光スペクトル測定を実施し、単分子膜状態での吸収および蛍光を測定することにも成功した。
一方で、室温でも薄膜が形成できることを狙って、疎水性相互作用による薄膜形成の安定化を試みた。炭素数１２のアルキル鎖を含むテトラフェニルエチレン誘導体を合成し、同様に薄膜形成を試みたが、室温、低温条件ともに、安定な単分子膜を得ることはできなかった。狙っていた単分子膜は得られなかったが、テトラフェニルエチレン骨格の分子を用いた単分子膜作製における分子設計の方針を明らかにできたことは、大いに意義のある結果となったといえる。
２年目以降は、膜の安定化を狙って、骨格を拡張したTPE誘導体を設計したが、中間体の合成が困難であることが分かり合成経路の検討を行いつつ合成を進めており、現在までに目的分子の合成には至っていない。さらに蛍光波長の制御に関して、設計した電子供与基を導入した分子の合成にも着手したが、目的物の生成には至っていない。以上、２年目以降において目的分子の合成に至っていないことからやや遅れていると判断する。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、改めて考案した合成経路に従って、骨格が拡張されたテトラフェニルエチレン (TPE) 誘導体および単分子膜の発光波長を変化させるためにπ骨格を拡張したTPE誘導体の合成を行う。既報論文の合成方法を参考にして合成条件を検討しつつ、目的物の合成を試みる予定である。なお、単分子膜の作製については、１年目と同様の方法で条件検討および薄膜の評価を行う。
単分子膜の転写については、これまでにガラス基板上に転写できることは明らかにした。今後は、透明なポリエチレンテレフタレートのフィルムなどのポリマーフィルムへの転写にも着手する計画としている。
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