| 研究課題/領域番号 |
25000005
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
相田 卓三 東京大学, 大学院工学系研究科, 教授 (00167769)
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| 研究分担者 |
伊藤 喜光 東京大学, 大学院工学系研究科, 助教 (00531071)
大黒 耕 東京大学, 大学院工学系研究科, 助教 (60614360)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-26 – 2018-03-31
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| キーワード | 超分子化学 / 複合材料・物性 / 物理的摂動 / 異方性 / 巨視的スケール |
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| 研究概要 |
本プロジェクトでは、生体内の組織化に学び、「物理的摂動の存在下での組織構造の形成」に焦点をあて、分子スケールからナノ・メゾスケールを超え、巨視スケールにいたる高度に制御された階層的異方構造からなるソフトマテリアルを設計するとともに、その異方性に由来する格別な物性・機能の開拓を目指す。具体的には、(1)『高速電場応答強誘電性カラムナー液晶』の開拓とメモリー素子としての初の実験的検証、(2)『イオン性無機ナノシート間の二次元静電反発』によるアクアマテリアルの異方的力学特性、(3)グラフェン高濃度分散系を用いる『構造異方的ソフトナノカーボン』の創製と物性開拓、の3つを遂行する。
今年度は主に次の3つの成果について報告した。
1, 『イオン性無機ナノシート間の二次元静電反発』による異方的アクアマテリアル : 酸化チタンナノシートが磁場に対して垂直配向することを利用し、ナノシートの水分散系を磁場中でアクアマテリアルとしたところ、「免震積層ゴム」のように土台からの振動を遮断できる新しい材料を得た。
2, グラフェン高濃度分散系を用いる『構造異方的ソフトナノカーボン』 : グラフェンなどのπ電子系炭素クラスターが磁場に応答して異方配向することは、古くから理論予測されてきたが、この配向構造は磁場解除により消失するため、基礎・応用ともに研究が困難であった。本研究では、磁場中でゲル化することによりグラフェンが配向した構造異方的ソフトナノカーボンを作り上げることに成功した。
3, 『磁場配向ナノチューブ間の巨大静電反発』が制御する水の物理科学 : アニオン性分子で被覆したカーボンナノチューブを水中に分散させ、磁場中に置くとナノチューブが配向するだけでなく、ナノチューブ間の静電反発が最大化し、互いの運動を牽制し合い、拡散しなくなるという非常に興味深い現象を見いだした。
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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
平成25年度の研究計画のうち、とりわけテーマ2「イオン性無機ナノシート間の二次元静電反発によるアクアマテリアルの異方的力学特性」においては、得られたアクアマテリアルの力学特性評価の条件最適化に苦戦することが予想された。しかしながら平成25年度の研究においては、本アクアマテリアルの力学特性評価にはレオロジー試験および圧縮試験が適していることが初期段階に判明したため、計画が総じて順調に達成された。加えて、テ-マ3「グラフェン高濃度分散系を用いる構造異方的ソフトナノカーボンの創製と物性開拓」の研究の最中、カーボンナノチューブの分散液が磁場中で拡散しないという予想外の現象を見いだす事ができた。これは当初の研究計画には無かったことで、想定以上の成果が期待できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は平成25年度に得られた成果を元に研究を遂行していくが、セレンディピティーを大切に新しい学理を追求していく。
(1)高速電場応答強誘電性カラムナー液晶の開拓
引き続き、カラム構造の最適化を進めていく。特に側鎖や、極性官能基、水素結合ネットワークの最適化を図る。
(2)イオン性無機ナノシート間の二次元静電反発によるアクアマテリアル
イオン性無機ナノシートのサイズ、電荷密度、濃度、対イオン、高分子電解質などの外部添加イオンなどがナノシートの磁束に対する配向度やアクアマテリアルの力学特性に与える影響を調べる。
(3)グラフェン高濃度分散系を用いる構造異方的ソフトナノカーボンの創製
様々な条件下(濃度・温度)でのイオン性グラフェンの電場勾配・磁束応答性を検討する。また、今回の研究の最中に見いだされた、分散しないカーボンナノチューブについてもその原理を明らかにしていく。
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