2018 Fiscal Year Annual Research Report
Fabrication Process and Chiral Functions of 3D Metal Nanostructures and Their Chiral Functions
| Project Area | Coordination Asymmetry: Design of Asymmetric Coordination Sphere and Anisotropic Assembly for the Creation of Functional Molecules |
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| Project/Area Number |
16H06515
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
彌田 智一 同志社大学, ハリス理化学研究所, 教授 (90168534)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鎌田 香織 防衛医科大学校(医学教育部医学科進学課程及び専門課程、動物実験施設、共同利用研究施設、病院並びに防衛, 進学課程, 講師 (00361791)
金 仁華 神奈川大学, 工学部, 教授 (60271136)
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| Project Period (FY) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | 金属マイクロコイル / バイオテンプレート / キラルシリカ / 光学活性 / キラル転写 / THz電磁応答 / 不斉有機酸 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
① ニッケルμコイルのTHz電磁応答の解明（彌田）：理研，京大，阪大との共同研究を通じてTHz近接場顕微鏡によるμコイル１本のTHz放射パターンのリアルタイム可視化に成功した．これは，ヘリカルアンテナのNormal mode，End-fire modeの電場分布を，位相情報も含めて，世界最小の時空間分解能で観測したものである．実験結果を説明するため，コイル構造より固有値解析および電磁応答のHFSSシミュレーションによるモード解析を行った．
② ミリ波電磁遮蔽シートの作製・評価と技術移転（彌田・鎌田・金）：10リットルスケールのスピルリナ培養と固定化，５リットルスケールのめっき加工によるニッケルμコイルの１バッチで数十グラムの量産プロセスを確立し，エポキシ樹脂，ポリスチレン，シリコーンゴムなど種々の分散媒体に混練したシートを作製し，自動車の車載レーダー帯域76GHzの高効率電波遮蔽特性を明らかにした．本スケールアップ成果に基づいて，フィルム加工会社が事業化ステージへの展開に繋がった．
③ キラルシリカの作製とキラル転写（金仁華）：不斉有機酸とポリエチレンイミンの錯形成結晶化ナノファイバーが酸塩基触媒テンプレートとして，アルコキシシランから真空紫外領域の電子遷移および赤外領域の振動遷移に明確な円二色性を示すキラルシリカをする．この円二色性は，内包する有機物を焼成除去しても維持され，アキラル色素の吸着により誘起CDが現れた．このキラルシリカから金錯イオンの吸着・還元による金ナノ粒子， あるいはMg還元によるシリコンのような単体への転写においても，特性吸収領域に円二色性が現れ，キラル転写プロセスの汎用性を確立した．このキラルシリカとキラル転写のメカニズムを考察する中で，「合成シリカが，局所的なアシンメトリー構造の等量共存によるラセミ体」とする新しい考え方の総合論文を発表した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
・金属μコイル１本のTHz放射パターンのリアルタイム可視化に世界で初めて成功し，その電磁応答メカニズムを解明すべく，領域外のテラヘルツ分光を専門とする２グループおよびマイクロ波工学の専門家との学際的な共同研究に発展した．各種シミュレーション研究を取り入れ，さらにヘリカルアンテナの専門家や電磁界シミュレーション会社など関連する専門家を招いたほぼ隔月毎のディスカッションを通じて，順調に論文発表の準備を行っている．
・平成30年度NEDO先導研究プログラムに採択され（藻類由来金属微小コイル分散によるギガ・テラヘルツ帯電波吸収の研究開発）， ①10L培養，5L無電解めっきによるニッケルμコイル20g＠バッチの外注製造と②車載レーダ帯域76GHzからおよび次々世代通信周波数300GHzに至るミリ波・THz帯で工学的に使える電波遮蔽シートの開発と実証を行い，某フィルム加工会社の事業化ステージへの展開に繋がった．
・金仁華のキラルシリカ合成とキラル転写は，今までの外形的なキラルシリカとは一線を画し，Si-O-Si結合の歪み，汎用性の高いキラル転写，不斉有機合成の反応場に基づく，真の不斉シリカ化学の創成に繋がる成果を得た．
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| Strategy for Future Research Activity |
・らせん藻類スピルリナ由来の金属μコイル一本のTHz放射パターンのリアルタイム可視化とシミュレーションの論文発表を行う．
・100年前にラジオ波で行ったLindmanの実験と比較しながら，電磁波と物質の関係を扱う構成方程式において，電気と磁気のカップリング項を含む双等方性（Bi-isotropic）媒質としての金属μコイル分散シートのTHz電磁波吸収の学術的位置づけを考察する．
・μコイルのダウンサイズの方法として，放線菌胞子らせん鎖をバイオテンプレートとする数ミクロン径コイルの作製プロセスを確立し，遠赤外・赤外領域の応答と分子振動分光とのカップリングを探索検討する．
・汎用性の高いキラル転写および不斉有機合成の反応場に基づく，不斉シリカ化学の創成をめざし，幅広い共同研究を通じた展開研究を行う．
・キラルシリカの局所的な正四面体構造の歪みについて，高分解能のラマン・赤外分光やテラヘルツ分光の可能性を調査し，専門家との共同研究を行う．
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