| 研究課題/領域番号 |
25620167
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| 研究種目 |
挑戦的萌芽研究
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| 研究機関 | 独立行政法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
寺崎 正 独立行政法人産業技術総合研究所, 生産計測技術研究センター, 主任研究員 (00399510)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 有機応力発光センサ / 金属有機フレームワーク構造 / 圧電性高分子 / 発光中心 |
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| 研究概要 |
本研究の狙いは、世界初の有機応力発光センサを創出することである。応力発光体とは、当研究室が開発した【弾性変形程度の力学刺激に応じて繰り返し発光するセラミック無機粒子】であり、日本発・世界初の実用的な機能性材料である。これまで蓄積した学術知識より応力発光現象の本質を抽出し、有機分子に転写することで、誰も成し得ていない有機MLセンサ創出に挑戦する。実現の方法として、高輝度無機応力発光体の発光原理を抽出し、有機材料に転写する。即ち、“準安定状態にトラップされたキャリアの力学刺激による解放と再結合による発光” 、“圧電性を介して発生する局所電場による電界発光”である。実現に向けて、有機分子を使った構成する機能要素・コンポーネント・空間の設計（課題【１】、【２】）、繰り返し性・視認性・定量性（ひずみ―発光強度・色）の観点からの応力発光評価（課題【３】）が基本計画である。平成25年度では、その計画に従い下記の成果を挙げ、本来の計画を達成した。
【１】金属有機フレームワーク（MOF）構造によるML空間の創出
基本構造と考えている母体（DMBDC）のMOF作製を行った。更に発光中心（Eu3+）の添加を試み、発光中心由来の発光を得た事から、成功した事を確認した。
【２】分子圧電場での電界発光による応力発光の創出
基本構造と考えているPVDF（ポリフッ化ビニリデン）と粘土ナノシートのスクリーニングを行った。結果、疎水性のナノシートを用い、加熱状態で混合・成型する事で、過酷条件（高圧力・高展伸）でなくとも圧電場の発現に欠かせないβ体配向の発現に成功した。更に、発光中心として高輝度EL性発光色素（Ir(ppy)3）の賦活を試みた、結果、β体の分子配向（XRD計測）、圧電性（d33計測等）を保持している他、賦活した色素由来の発光を確認し（各種発光計測）、圧電場と発光中心という基本構造の構築に成功した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
平成25年度計画の趣旨は、応力発光場となる基本構造を、有機分子を用いて構築する事である。本研究では上述の通り２つの方法論を取っているが、下記に要点を示すように、共に２５年度計画である基本構造の構築を達成した。
【１】発光中心（Eu3+）、母体（DMBDC）のMOF構造作製成功
【２】 圧電場（PVDFと粘土ナノシートのβ配向体）に対する発光中心の賦活、機能発言成功。
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| 今後の研究の推進方策 |
上述の通り、25年度計画の進捗は概ね順調である。そこで、計画書に記載されている各計画に従って、検討を行う予定である。具体的には下記の通りである。
【１】金属有機フレームワーク（MOF）構造によるML空間の創出
本年度、可能性が見えた試料を中心に、X線回折装置、蛍光分光装置、電子顕微鏡、蛍光顕微鏡、カソードルミネッセンス装置、蛍光寿命測定装置、熱発光装置、電界発光計測装置等を用いて、発光中心―トラップの相互作用の評価を行い、ML空間の形成を明らかにする。得られた結果をフィードバックし、フレームワークの最適化、他金属（ML性金属: Ce3+, Pr3+, Tm3+, Tb3+, Mn2+ etc.）への展開を経て、ML空間の創出を達成する。
【２】分子圧電場での電界発光による応力発光の創出
ML可能性がある試料を中心に、蛍光、蛍光寿命、熱発光、電界発光計測を行い、発光環境を評価する。また酸化還元順位の適したドーパントを中心に、最適化を図る。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
本件研究費の最大支出先は、薬品類である。特に、圧電性高分子、発光性金属、有機ＥＬ用発光性色素が高額であり、支出の殆どを占める。
平成25年度は前述のとおり基本構造の構築であり、必要な試薬は購入したが、最も高額であった発光金属、有機ＥＬ用発光性色の一部を、研究所内で譲渡して頂くことが出来たため、無駄な出費を抑えることが出来た。
前述のように、来年以降は多くの発光性金属（ML性金属: Ce3+, Pr3+, Tm3+, Tb3+, Mn2+ etc.）のスクリーニングを控えている。本金属類は高額であることから、これらの購入費の一部に充てる他、多大な労力（繰り返し作業）であることから、テクニカルスタッフを雇い（謝金として使用）、来年度計画の加速化を予定している。
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