粒子飛跡内線形重合反応による普遍的ナノ材料形成と機能開拓

通过粒子轨道内的线性聚合反应形成通用纳米材料和功能开发

• 批准号: 21J15721
• 负责人: 坂口 周悟
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J15721/
• 关键词: ナノワイヤ; 荷電粒子線; フラーレン; 電気伝導度; 高エネルギー荷電粒子線; 固相重合

本研究では、単一粒子誘発固相重合法（STLiP 法）を利用して有機ナノ材料の構築を進めている。高エネルギーを有する“荷電粒子一つ”の直進する飛跡を“最小の反応場”として捉え、単一粒子が化学反応を誘起することで理論上最も小さい領域にエネルギーが集約され、低分子化合物の固相重合を実現し、微細加工・材料形成を可能にしている。フラーレン薄膜に対してサイクロトロンで加速した450 MeVのXe粒子を照射した後、高真空下での加熱により未照射部位を昇華させるDry Processで処理することで、自立したナノワイヤの単離に成功した。一方、基板に対して垂直に粒子を照射する従来方法では、形成されるナノワイヤの長さが作製した材料薄膜の膜厚に制限される問題点があった。そこでSTLiP法をさらに改良し、基板に対して水平に粒子を照射することで長さ10マイクロメートル以上、アスペクト比にして1000にもおよぶ非常に長く配向のそろったナノワイヤアレイの形成に成功した。こうして得られたフラーレンナノワイヤに対し電気伝導度を測定したところ、薄膜状態に比べて非常に大きい伝導度を示すことがわかり、これはナノワイヤ中のフラーレン重合体の形成を示唆していると考えられる。さらに、マイクロ波過渡分光法（FP-TRMC法）によってナノワイヤアレイの異方的電気伝導特性を評価したところ、ナノワイヤ一次元方向とマイクロ波電場方向の配向に応じて高い異方比（～100)を示すことが明らかになり、ナノワイヤの特異的構造を活用した一次元キャリア輸送の実演に成功した。

在这项研究中，我们正在利用单粒子诱导固态聚合方法（STLiP 方法）来构建有机纳米材料。具有高能量的“一个带电粒子”的直线轨迹被视为“最小反应场”，当单个粒子引发化学反应时，理论上能量会集中在最小区域，并形成低分子化合物。它实现了固相聚合，使微加工和材料成型成为可能。在用回旋加速器加速的 450 MeV Xe 粒子照射富勒烯薄膜后，他们通过干法处理富勒烯薄膜，通过在高真空下加热升华未照射的部分，成功地分离出独立的纳米线。另一方面，垂直于基底照射粒子的传统方法存在的问题是所形成的纳米线的长度受到所产生的材料薄膜的厚度的限制。因此，通过进一步改进STLiP方法，将粒子水平照射到基底上，他们成功形成了长度超过10微米、长宽比为1000的极长且均匀取向的纳米线阵列。当我们测量以这种方式获得的富勒烯纳米线的电导率时，我们发现它们表现出比薄膜状态高得多的电导率，这被认为表明纳米线中形成了富勒烯聚合物。此外，当我们通过微波瞬态光谱（FP-TRMC方法）评估纳米线阵列的各向异性导电特性时，我们发现各向异性比率（~100）很高，具体取决于纳米线在一维方向上的取向我们已经成功地演示了利用纳米线独特结构的一维载流子传输。

项目成果

単一粒子と有機分子の相互作用によるナノ構造体形成

通过单个粒子和有机分子之间的相互作用形成纳米结构

• 发表时间: 2021
• 作者: 坂口周悟;櫻井庸明;出崎亮;越川博;杉本雅樹;八巻徹也;関修平
• 通讯作者: 関修平