2016 Fiscal Year Annual Research Report
メソポーラスシリカ粒子を利用したコロイド超格子結晶の構造制御
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15J06919
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
山本 瑛祐 早稲田大学, 理工学術院, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2018-03-31
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| Keywords | メソポーラスシリカ粒子 / クローズドポア / コロイド結晶 / 超格子 / ヤヌス粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1. 研究目的 : 3次元フォトニック結晶は、その周期性を多様に変化させることで、負屈折率や光局在化などを実現すると期待されている。そこで、この3次元フォトニック結晶の構造制御に向け、2種類のコロイド粒子の集合で形成されるコロイド超格子結晶が注目されている。本研究では、多様な結晶構造のコロイド超格子結晶の作製を目指す。
2. 研究手法 : 粒子が自己集合する際に2種類の長距離引力が作用する場合には、複雑な構造を組むことが理論的に示されている。本研究では、コロイド状メソポーラスシリカ粒子(CMS)への磁性物質の導入により磁気的相互作用を、電荷を持つ有機官能基の修飾により静電的相互作用を独立して制御し、新規構造のコロイド超格子結晶の獲得を狙う。
3. 研究成果：本課題では、MSNsの内部に粒子間相互作用を変化させる磁性ナノ粒子などの物質を導入する予定である。一般的に、MSNsへのゲスト種の封入は、有機分子やナノ粒子などを被覆することで行われるが、いずれも内部ゲスト種の流出が懸念される。本年度は、i)シリカ源の添加による表面被覆、ii)水熱処理による表面被覆 の二つの手法によってゲスト種の流出を防ぐことの可能なデンスシリカ層を表面に持つMSNsの作製に成功した。
昨年度、我々はFCC構造のコロイド結晶の粒子間隙に選択的に粒子を析出させることで、ABC2構造の新規構造を持つコロイド超格子結晶への作製に成功した。本手法は、研究課題の目的である多様な構造のコロイド超格子結晶を作る汎用的手法となる可能性がある。本年度は、本手法の汎用化に向けてABC2型以外の構造の作製、および金以外の組成におけるコロイド結晶の作製を検討し、NaCl型とABC2型のコロイド結晶の作り分けに成功した。更に、析出させる金属は、金以外にも白金や銀でも部分的ではあるものの成功した。
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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
本研究課題の目的は、多様な構造のコロイド超格子結晶を作ることにある。当初の計画では、メソポーラスシリカナノ粒子へのゲスト種導入を制御することで多様な構造のコロイド超格子結晶を作る予定であったが、コロイド結晶の粒子間隙に選択的に粒子を析出させるという全く別の異なる手法により新規構造のコロイド超格子結晶を作製することに成功している。この手法では、NaCl型やABC2型など超格子構造を制御することが出来る上に、白金や銀など様々な組成のナノ粒子に適応することが出来たため、コロイド超格子結晶の構造制御の汎用的手法となる可能性がある。これらは、当初の計画では成しえなかった重要な成果であり、本研究は当初の計画以上に進展しているといえる。
また、当初の計画に利用する予定であったメソポーラスシリカナノ粒子の設計に関しても様々な成果が出ており、ゲスト種の閉じ込め方法や形態制御方法なども確立している。そのため、当初の計画も順当に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度はコロイド結晶の粒子間隙に選択的に粒子を析出させる手法を更に発展させ、更なる新規構造のコロイド超格子結晶の獲得を狙う。具体的には最初に利用するコロイド結晶の構造をFCC構造からAlB2構造などへと変化させることで、今までに得られていない構造の獲得を狙う。
さらに、メソポーラスシリカナノ粒子を利用したコロイド超格子結晶の構造制御に関しても、細孔内部に磁性ナノ粒子を導入した集積を行う。
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