2015 Fiscal Year Annual Research Report
多角入射ATR紫外分光法によるグラフェンナノコンポジットの表面電子状態の研究
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15H02188
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| Research Institution | Kwansei Gakuin University |
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Principal Investigator |
尾崎 幸洋 関西学院大学, 理工学部, 教授 (00147290)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森澤 勇介 近畿大学, 理工学部, 講師 (60510021)
佐藤 春実 神戸大学, 人間発達環境学研究科, 准教授 (10288558)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | スペクトル分析 / 表面分析 / グラフェン / ポリマー / ポリマーナノコンポジット / 遠紫外 / 分光分析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では多角入射ATR型紫外分光法を用いて、グラフェン等のナノコンポジットの電子状態の評価法を確立することを目指す。そのために平成27年度は多角入射ATR型紫外分光システムの構築を行った。これまで作製したATR型遠紫外装置の、分光器部の回折格子ブレーズ波長を近紫外(NUV)測定にも対応するよう改良した。ATR測定において、密着度の再現性を得るためには、サンプルをある程度加圧する必要がある。このために、IREを表面に出したうえで、サンプルを加圧するためのクランプを設置した測定部を作製した。このように多角入射ATR型紫外分光システムの構築に成功した。
次に、この装置の性能を確認するために、各種個体試料のスペクトル測定を行った。特にグラフェンについて詳細に調べ、近紫外部（200-400nm）についてはすでに発表されているスペクトルと一致することを確認した。以上のように、新しく作成した装置の性能の確認を実施できた。
多角入射ATR紫外分光測定の結果を解析し、そこから機能の評価を行うためには構造、物性の異なる各種ナノカーボン材料およびそれらのポリマーナノコンポジットなどを準備、調整する必要がある。実際に神戸大学において、数種のナノカーボン材料の準備を行った。
構築した新しい分光システムを用いてCNT/PDMSの紫外スペクトルを測定したところ、予想通り、遠紫外（140-200nm）の領域には、PDMSによるシグナルが観測された。一方近紫外（200-400nm）の領域には CNTによるピークが観測された。このポリマーナノコンポジットと、CNT、PDMSの単体のスペクトルを比較したところ、CNTのスペクトルに変化が観測された。この変化は、CNTとPDMSの界面における相互作用によるものである。このように、分光スペクトルでポリマーナノコンポジットの電子状態の評価が観測されたのは、おそらくこれが初めてだと思われる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成27年度の当初予定していた多角入射ATR型紫外分光システムの構築に成功した。すでに存在するATR型遠紫外分光装置の分光器具の回折格子ブレーズ波長を近紫外測定にも対応するように改良することが出来た。IREを表面に出した上でサンプルを加圧するためのクランプを設置した測定部の作製もうまく出来た。その他仕様は当初計画したとおりである。多角入射測定などを含め、装置が順調に動いていることをグラフェン、各種ポリマーなどを用いて確認することが出来た。多角入射測定も機能していることを確認した。次に各種グラフェン、各種ポリマーナノコンポジットの準備、試料調整についても、おおむね順調に進んでいるが、試料の種類がまだ十分ではない。今後それをもう少し増やしていく必要がある。特にグラフェンの関係したポリマーナノコンポジットをもう少し作製する必要がある。
量子化学計算による各種グラフェンおよび各種ポリマーナノコンポジットの電子状態の研究については研究を開始してはいるが、予想以上に計算法の確立が難しく進捗状況が必ずしも良いとは言えない。グラフェン、およびそのナノコンポジットのATR紫外スペクトルの測定については、非常に良いSNのスペクトルが測定できている。電子スペクトル上に相互作用によると思われる変化も観測できた。今後、スペクトル変化をさらに詳細に解析し、実際にどのような相互作用が起こっているのかを、官能基レベルで明らかにする必要がある。以上のことから総合的に判定して、おおむね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成27年度に続き、各種グラフェン、各種ポリマーナノコンポジットのATR紫外スペクトルの測定を進める予定である。本年度は特に、多角入射ATR紫外スペクトルの測定を行う。ポリマーとグラフェンの表面と、バルクの寄与が異なるスペクトルデータが取得できると予想されるが、これを多変量カーブ分離法によって表面と内部のバルク層という二つの電子スペクトルへの分離を行う。これにより、表面からの深さ分解測定によって、このような層状構造の形成におけるグラフェンおよびポリマーの電子状態変化をとらえることができると考えられる。
さらに28年度は、27年度に遅れていた量子化学計算の研究を推進する。グラフェンとポリマーのお互いの近接による電子スペクトル変化が観測されると予想される。グラフェンのM点付近の状態密度の変化やポリマーの電子状態に対する寄与から、共有結合のないこれらの物質間のチャージ転移や、構造形成の駆動力について、量子化学計算に基づいて解明する。また、この変化が表面からの深さによって変化するとも考えられる。表面とバルクどちらがその機能や構造形成を促進するのか、多角入射ATR-UVから得られたスペクトルを元に解明する。さらに各種ポリマーナノコンポジットの合成を一層進める。特にグラフェンの入った試料の調整を進める。
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Research Products
(5 results)
