The mechanism of structural phase transitions in organic crystals accompanied by crystal crushing and their device applications

有机晶体伴随晶体破碎的结构相变机理及其器件应用

• 批准号: 21K05045
• 负责人: 高澤 健
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: National Institute for Materials Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K05045/
• 关键词: 有機単結晶; 構造相転移; アクチュエータ; 複屈折; 相境界; 有機結晶; ナノファイバー; 単結晶; 動的座屈

2021年度までの研究で、本課題の最終目的である「構造相転移を利用した、繰り返し動作可能な有機単結晶アクチュエータ」を実現することができた。具体的には、1, 2, 4, 5-四臭化ベンゼン（以下TBB）の単結晶ファイバーの温度誘起構造相転移を利用して、20回以上繰り返し動作が可能な高速・高出力アクチュエータの開発に成功した。2022年度は、本アクチュエータの機械特性・力学特性等を精密に定量評価し、それらを纏めた成果を論文発表した。また、本研究推進の過程で、TBBの構造相転移を分光学的に確認するために、約5cm-1程度の超低振動数領域まで測定が可能な顕微ラマン分光装置の開発を行った。この装置は、TBBの相転移確認だけでなく、様々な物質の超低振動数領域のラマン測定に適用可能であるため、汎用性が非常に高い。そこで、本装置の開発に関する論文を執筆して発表した。さらに、有機結晶の構造相転移ダイナミクスを詳細に研究するために、偏光顕微鏡と高速度カメラを組み合わせた新規装置の開発を行った。この装置は、相転移による結晶の僅かな複屈折の変化を検知することが可能であり、その結果、転移相の空間的な伸展を直接画像として捉えることができる。本装置を用いてTBB単結晶の構造相転移を観測したところ、結晶が相転移温度に達すると、結晶端に娘相が発生し、その後、母相と娘相の境界が結晶中を高速で移動することにより相転移が進行することが明らかになった。また、相境界の移動速度は、結晶中の音速にほぼ等しいことが分った。有機結晶の構造相転移が、このような相境界の高速移動により進行することを実際に観測することができたのは、本研究が初めてである。

通过 2021 财年进行的研究，我们实现了该项目的最终目标，即“利用结构相变的可重复有机单晶致动器。”具体来说，我们正在开发一种高速、高输出执行器，利用1,2,4,5-四溴苯（TBB）单晶纤维的温度诱导结构相变，可以重复运行20次以上。开发成功了。 2022年，我们对这种执行器的机械性能和机械性能进行了精确的定量评估，并发表了一篇总结结果的论文。此外，在推进这项研究的过程中，为了从光谱上确认TBB的结构相变，我们开发了一种显微拉曼光谱仪，可以测量到约5 cm-1的超低频区域。该装置用途极其广泛，不仅可以用于确认TBB的相变，还可以用于各种材料在超低频区域的拉曼测量。因此，我撰写并发表了一篇关于该设备开发的论文。此外，为了详细研究有机晶体的结构相变动力学，我们开发了一种结合偏光显微镜和高速相机的新装置。该装置能够检测由于相变而导致的晶体双折射的微小变化，因此可以直接将相变的空间延伸捕获为图像。当我们使用该装置观察TBB单晶的结构相变时，我们发现当晶体达到相变温度时，在晶体的边缘生成子相，然后母相和子相之间的边界相在晶体中高速移动 很明显，相变是通过移动进行的。还发现相界的移动速度约等于晶体中的声速。这项研究首次实际观察到有机晶体中的结构相变是由于相界的高速移动而发生的。

项目成果

Resonance splitting in microring resonators constructed from organic nanofiber active waveguides.

由有机纳米纤维有源波导构造的微环谐振器中的谐振分裂。

• DOI: 10.35848/1347-4065/ac00ff
• 发表时间: 2021
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: Ken Takazawa;Jun-ichi Inoue
• 通讯作者: Jun-ichi Inoue

有機結晶座屈アクチュエータ、これに用いるハロゲン化単環芳香族の単結晶ナノファイバー並びにその製造方法

有机晶体屈曲致动器、其中使用的卤化单环芳香族单晶纳米纤维及其制造方法

• 发表时间: 2022

Fabrication and Optical Properties of Fiber-Shaped Pseudoisocyanine J-Aggregates Grown Directly on a Glass Substrate.

直接在玻璃基板上生长的纤维状准异氰酸酯 J-聚集体的制备和光学性能。

• DOI: 10.1021/acs.jpcc.1c07303
• 发表时间: 2021
• 期刊: The Journal of Physical Chemistry C
• 作者: Ken Takazawa;Jun-ichi Inoue;Takashi Kuroda
• 通讯作者: Takashi Kuroda