2016 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, 准教授 (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 |
本年度はグラフェンそのものとPoly(3-hydroxybutyrate)-グラフェンナノコンポジットの遠紫外、深紫外スペクトルと電子状態の研究を行った。グラフェンのπ→π＊吸収の遠紫外域に延伸したバンドの裾部分（＞5.5 eV）については詳しく研究されていない。本研究では測定範囲が8.55 eV（145 nm）まで達する減衰全反射遠紫外―深紫外（ATR/FUV-DUV）分光法を用いることで、グラフェンの遠紫外を含めた吸収スペクトルの測定に成功した。グラフェン薄片では4.7 eVにπ→π＊遷移の吸収ピークを確認した。薄片のFUV-DUVスペクトルの形状が、4.5 eV以下（27 nmよりも長波長）の範囲において、過去に報告されている屈折率の実部nのスペクトル形状に類似することが分かった。
グラフェン未添加のPHBフィルムおよび、濃度が異なる4種（0.5, 1, 5, 10 wt %）のグラフェン/PHBのATR/FUV-DUVスペクトルを測定した。171.4 nm付近に、PHBの吸収ピークを観測した。グラフェン薄膜濃度が、0.5→1→5→10 wt % と増加するに伴い、ピーク位置がわずかにレッドシフトした。これは、マトリクス（PHB）中の、グラフェン薄片の分散量が増加するにしたがって、PHBの171.4 nm 付近の吸収に相当する電子遷移エネルギーが低下したことを示唆している。
グラフェン-PHBについて密度汎関数法を用いてその遠紫外、深紫外スペクトルの再現と電子状態の研究を行った。その結果スペクトルの再現に成功するとともに、150-200 nmの領域のバンドの帰属も行うことができた。さらにPHBの結晶領域と非晶領域がスペクトルにどのように現れるのか、CH3…O水素結合やグラフェン-PHBの相互作用がどのように遠紫外、深紫外スペクトルに反映されるかなどについて知見を得た。
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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
研究実績のところで述べたように、1. グラフェン、カーボンナノチューブの遠紫外、深紫外スペクトルの研究、電子状態の研究、2. PHB-グラフェンナノコンポジットの遠紫外、深紫外スペクトルの研究、量子化学計算による電子状態の研究については一定の成果を挙げることができた。1. の研究では、140-200 nm領域のグラフェン、カーボンナノチューブの電子スペクトルの測定に成功し、これまで報告されていなかった新しいバンドを見つけたという点で高い評価が出来る。しかしながらグラフェンの電子状態の量子化学計算に着手できたものの、まだ十分には進んでいない状態である。そういう意味で「おおむね順調に進んでいる」と判断した。2. の点ではPHBという高分子の遠紫外、深紫外スペクトルの量子化学計算に成功したこと、測定スペクトルと量子化学計算の結果を比較し、PHBの電子状態について議論できたという点で高く評価できる。PHBのような高分子の電子状態の研究はめずらしい。しかしながらようやく論文投稿に達したところで、まだ発表に至っていない。そこで「おおむね順調に進んでいる」と判断した。
なお以下の論文を投稿予定である。
Krzysztof B. Bec et al.
High-energy electronic transitions of polymer-graphene type nanocomposites. Atteniated total reflection far/deep - ultraviolet spectroscopy and DFT study of poly(3-hydroxybutyrate)-graphene nanocomposite material
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度に行ったグラフェン、PHB―グラフェンの遠紫外、深紫外スペクトルの実験的研究、電子状態の理論的研究をさらに深めるとともに他の物質にも展開する。平成28年度までにスペクトル測定、量子化学計算ともに方法論を確立できたため、本年度はPHBのみならず、Polylactic acid (PLA)－グラフェン, Polyglycoic acid (PGA)―グラフェン、Polylactic acid (PLA)－カーボンナノチューブ, Polyglycoic acid (PGA)―カーボンナノチューブなどにも研究を行う。さらに計算方法についてもSAC-CI法や分子断片化法など他の方法についても試みる。以下の手順で研究を行う。
1. 各種グラフェヘン、カーボンナノチューブの遠紫外、深紫外スペクトルの測定。 2. 各種グラフェヘン、カーボンナノチューブの遠紫外、深紫外スペクトルの量子化学計算。3. PGHの遠紫外、深紫外スペクトルの測定。温度変化測定を含む。4. PLA－グラフェン, PGA―グラフェンの遠紫外、深紫外スペクトルの測定ならびに量子化学計算。PLA－カーボンナノチューブ, PGA―カーボンナノチューブの遠紫外、深紫外スペクトルの測定ならびに量子化学計算。SAC-CI法や分子断片化法などについても試みる。5. グラフェンやカーボンナノチューブのバンドの相対強度は弱いため、200-300nmの領域については厚みのある試料に対して透過測定も試みる。
以上の研究から1. グラフェン、カーボンナノチューブの遠紫外、深紫外スペクトル、電子状態、2. ポリマーナノコンポジットの遠紫外、深紫外スペクトル、電子状態について新しい知見を得る。
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Research Products
(30 results)
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[Presentation] 高複屈折性を有する延伸ポリ乳酸膜の作製2016
Author(s)
中村円香, 岩崎穂積, 小松原望, 岡野真人, 森脇淳仁, 佐藤春実, 渡邉紳一
Organizer
第77回応用物理学会秋季学術講演会
Place of Presentation
朱鷺メッセ：新潟コンベンションセンター（新潟県・新潟市）
Year and Date
2016-09-14 – 2016-09-14
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