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2011 年度 実績報告書

融合マテリアル形成用無機ナノシートの開発と生物模倣積層集積による高次機能の創製

公募研究

研究領域融合マテリアル:分子制御による材料創成と機能開拓
研究課題/領域番号 23107533
研究機関独立行政法人物質・材料研究機構

研究代表者

長田 実  独立行政法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, MANA研究者 (10312258)

キーワード無機ナノシート / 融合マテリアル / 分子設計 / 第一原理計算 / 生物模倣集積 / Layer-by-Layer集積
研究概要

自然界には、無機-有機ハイブリッドとも呼べる融合マテリアルが多数存在しており、常温常圧の条件において人工材料を凌ぐ優れた材料、機能が作られる。我々のグループでは、新たな融合マテリアルの創製を目指し、層状化合物を単層剥離して合成される分子レベルの薄さの2次元ナノ物質「無機ナノシート」に注目し、無機材料サイドから機能開発や構造設計を行っている。本年度は、伝導性、半導体性、誘電性、磁性など多彩な機能を有する酸化物ナノシートを対象に、(1)分子設計による新規機能開発、(2)生物を模倣した階層構造の作製による高次機能開発の検討を行った。
これまで開発した酸化チタン、ペロブスカイト、酸化タンタル系ナノシートをベースに、第一原理計算を援用した分子設計により精密ドーピングや構造制御を行い、優れた高誘電機能、レッドクス活性、フォトクロミック特性などの新規ナノシートの開発に成功した。特に、高誘電性酸化チタンナノシートにおいては、化学組成と構造の精密制御により、誘電特性の自在な制御が実現し、Nbを約30%置換したナノシートでは、膜厚5~10nmレベルの薄膜で世界最高の誘電率320を達成した。さらに、高誘電体、強磁性ナノシートをベースに、Layer-by-Layer集積により多層膜や超格子を作製し、融合マテリアルの開発を行った。その結果、高誘電体、強磁性ナノシートにおいては、構造と電子状態を精密に制御した超格子を作製することで電磁気物性の人工的制御を実現し、巨大磁気光学効果、界面誘起強誘電性などの新規機能の開拓に成功した。

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

本年度予定していた第一原理計算を援用した分子設計によるナノシートの機能開発に成功し、融合マテリアルの構築と高次機能の創製を目指す次年度の研究基盤を構築した。また、次年度の融合マテリアルの構築についても、一部前倒し的に進めており、おおむね順調に進展していると言える。

今後の研究の推進方策

当初の予定通り、昨年度開発した種々の機能を有する無機ナノシートをベースに、融合マテリアルの構築と高次機能の創製を行う。また、さらなる機能開拓を目指し、新学術領域のメンバーと共同で、異種物質との複合化プロセスの開発を行い、ナノシートを基幹ブロックとする高次ナノ構造体の構築と機能デザインの新しい道筋をつくる。

  • 研究成果

    (26件)

すべて 2012 2011

すべて 雑誌論文 (10件) (うち査読あり 7件) 学会発表 (16件)

  • [雑誌論文] Two-Dimensional Dielectric Nanosheets : Novel Nanoelectronics from Nanocrystal Building Blocks2012

    • 著者名/発表者名
      Minoru Osada, Takayoshi Sasaki
    • 雑誌名

      Adv.Mater.

      巻: 24 ページ: 209-228

    • DOI

      10.1002/adma.201103241

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A- and B-Site Modified Perovskite Nanosheets and Their Integrations into High-k Dielectric Thin Films2012

    • 著者名/発表者名
      Minoru Osada, Takayoshi Sasaki
    • 雑誌名

      Intl.J.Appl.Ceram.Tech.

      巻: 9 ページ: 29-39

    • DOI

      10.1111/j.1744-7402.2011.00713.x

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photochromogenic Nanosheet Crystallites of Tungstate with a 2D Bronze Structure2012

    • 著者名/発表者名
      Katsutoshi Fukuda, Kosho Akatsuka, Yasuo Ebina, Minoru Osada, Wataru Sugimoto, Mutsumi Kimura, Takayoshi Sasaki
    • 雑誌名

      Inorg.Chem.

      巻: 51 ページ: 1540-1543

    • DOI

      10.1021/ic201834y

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 酸化物ナノシートでつくる新しい誘電体2012

    • 著者名/発表者名
      長田実, 佐々木高義
    • 雑誌名

      固体物理

      巻: 47 ページ: 25-34

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 酸化物ナノシートの合成と機能材料への応用2012

    • 著者名/発表者名
      長田実, 佐々木高義
    • 雑誌名

      FCレポート

      巻: 30 ページ: 17-21

  • [雑誌論文] 高誘電体ナノシート2012

    • 著者名/発表者名
      長田実, 佐々木高義
    • 雑誌名

      工業材料

      巻: 60 ページ: 72-73

  • [雑誌論文] 新しいペロブスカイトナノ材料とその誘電体応用2012

    • 著者名/発表者名
      長田実, 佐々木高義
    • 雑誌名

      化学工業

      巻: 62 ページ: 73-76

  • [雑誌論文] Controlled Polarizability of One-Nanometer-Thick Oxide Nanosheets for Tailored High-k Nanodielectrics2011

    • 著者名/発表者名
      Minoru Osada, Genki Takanashi, Bao Wen Li, Kosho Akatsuka, Yasuo Ebina, Kanta Ono, Hiroshi Funakubo, Kazunori Takada, Takayoshi Sasaki
    • 雑誌名

      Adv.Funct.Mater.

      巻: 22 ページ: 3482-3487

    • DOI

      10.1002/adfm.201100580

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Orbital Reconstruction and Interface Ferromagnetism in Self-Assembled Nanosheet Superlattices2011

    • 著者名/発表者名
      Minoru Osada, Takasyoshi Sasaki, Kanta Ono, Yoshinori Kotani, Shigenori Ueda, Keisuke Kobayashi
    • 雑誌名

      ACS Nano

      巻: 5 ページ: 6871-6879

    • DOI

      10.1021/nn200835v

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Solution-Based Fabrication of Perovskite Multilayers and Superlattices Using Nanosheet Process2011

    • 著者名/発表者名
      Bao Wen Li, Minoru Osada, Kosho Akatsuka, Yasuo Ebina, Tadashi C.Ozawa, Takasyoshi Sasaki
    • 雑誌名

      Jpn.J.Appl.Phys.

      巻: 5 ページ: 09NA10-1-09NA10-6

    • DOI

      10.1143/JJAP.50.09NA10

    • 査読あり
  • [学会発表] ナノクリスタルを綺麗に並べたい2012

    • 著者名/発表者名
      長田実
    • 学会等名
      日本セラミックス協会年会サテライトシンポジウム第9回ナノクリスタル研究会
    • 発表場所
      京都大学(京都府)(招待講演)
    • 年月日
      2012-03-19
  • [学会発表] Two-Dimensional Nanosheets2012

    • 著者名/発表者名
      Minoru Osada
    • 学会等名
      International Symposium on Nanocrystal Ceramics
    • 発表場所
      Kwangwoon University, Korea(招待講演)
    • 年月日
      2012-02-10
  • [学会発表] 無機ナノシートを用いた界面接合とセラミックスナノコーティング2012

    • 著者名/発表者名
      長田実, 佐々木高義
    • 学会等名
      第89回界面接合研究委員会
    • 発表場所
      溶接学会(東京都)(招待講演)
    • 年月日
      2012-01-20
  • [学会発表] Two-Dimensional Oxide Nanosheets2011

    • 著者名/発表者名
      Minoru Osada
    • 学会等名
      Brain Korea Program Seminar
    • 発表場所
      SKKU, Korea(招待講演)
    • 年月日
      2011-12-02
  • [学会発表] Tailor-Made Nanoelectronic Devices from Building Blocks in Solution2011

    • 著者名/発表者名
      Minoru Osada, Takayoshi
    • 学会等名
      Eco-Mates 2011
    • 発表場所
      Hotel Hankyu Expo Park, Osaka(招待講演)
    • 年月日
      2011-11-28
  • [学会発表] Controlled Assembly of Inorganic Nanosheets for Tailored Nanoelectronics2011

    • 著者名/発表者名
      Minoru Osada, Takayoshi
    • 学会等名
      GIST-Waseda GCOE Symposium
    • 発表場所
      Waseda Univ., Tokyo(招待講演)
    • 年月日
      2011-11-12
  • [学会発表] 2D Perovskite Nanosheets and Their Applications to High-k Dielectrics2011

    • 著者名/発表者名
      Minoru Osada, Takayoshi
    • 学会等名
      15th US-Japan Seminar on Dielectric and Piezoelectric Ceramics
    • 発表場所
      Castle Hotel, Kagoshima
    • 年月日
      2011-11-08
  • [学会発表] 水溶液プロセスによる無機ナノシートの精密集積とその応用2011

    • 著者名/発表者名
      長田実, 佐々木高義
    • 学会等名
      粉体粉末冶金協会秋季大会
    • 発表場所
      大阪大学(大阪府)(招待講演)
    • 年月日
      2011-10-26
  • [学会発表] Construction of Highly Ordered Nanofilms through Langmuir-Blodgett Deposition of Oxide Nanosheets2011

    • 著者名/発表者名
      Minoru Osada, Takayoshi Sasaki
    • 学会等名
      Materials Science & Technology 2011 Conference & Exhibition (MS&T 2011)
    • 発表場所
      Columbus Convention Centre, Columbus, Ohio(招待講演)
    • 年月日
      2011-10-20
  • [学会発表] Controlled Assembly of Two-Dimensional Oxide Nanosheets for Tailored Nanoelectronics2011

    • 著者名/発表者名
      Minoru Osada, Takayoshi Sasaki
    • 学会等名
      Symposium on Fusion Material
    • 発表場所
      U.Tokyo, Tokyo(招待講演)
    • 年月日
      2011-10-13
  • [学会発表] 無機ナノシートの精密集積とその応用2011

    • 著者名/発表者名
      長田実, 佐々木高義
    • 学会等名
      日本化学会東北支部ナノマテリアルコロキウム
    • 発表場所
      東北大学(宮城県)(招待講演)
    • 年月日
      2011-09-17
  • [学会発表] 酸化物ナノクリスタルでつくる新しい誘電体2011

    • 著者名/発表者名
      長田実, 佐々木高義
    • 学会等名
      日本セラミックス協会第25回秋季シンポジウム
    • 発表場所
      北海道大学(北海道)(招待講演)
    • 年月日
      2011-09-08
  • [学会発表] 酸化物ナノシートの超周期集積による新規メタマテリアルの創製2011

    • 著者名/発表者名
      長田実, 佐々木高義
    • 学会等名
      日本セラミックス協会第25回秋季シンポジウム
    • 発表場所
      北海道大学(北海道)(招待講演)
    • 年月日
      2011-09-08
  • [学会発表] New Perovskite Nanomaterials and Their Integration into High-k2011

    • 著者名/発表者名
      Minoru Osada, Takayoshi
    • 学会等名
      20th IEEE International Symposium on Applications of Ferroelectries (ISAF 2011)
    • 発表場所
      The Westin Bayshore Hotel, Vancouver, Canada
    • 年月日
      2011-07-24
  • [学会発表] Tailor-Made Nanodielectries and Nanoferroelectries from Molecularly Thin Perovskite Nanosheets2011

    • 著者名/発表者名
      Minoru Osada, Takayoshi Sasaki
    • 学会等名
      9th Pacific Rim Conference on Ceramic and Glass Technology (PacRim9)
    • 発表場所
      Cairns Convention Centre, Cairns, Australia(招待講演)
    • 年月日
      2011-07-14
  • [学会発表] 酸化物ナノシートでつくる新しい誘電体材料2011

    • 著者名/発表者名
      長田実, 佐々木高義
    • 学会等名
      日本学術振興会結晶成長の科学と技術第161委員会第69回研究会
    • 発表場所
      東大先端研(東京都)(招待講演)
    • 年月日
      2011-04-22

URL: 

公開日: 2013-06-26  

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