ナノ結晶の配向集積の制御による秩序構造体の構築と機能開拓

通过控制纳米晶体的取向和积累来构建有序结构和功能开发

基本信息

批准号：
18J11944
负责人：
高崎美宏
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、多様な物質系を対象とするナノ結晶の配向集積技術の確立を目指し、軽量高強度材料の開発に向けた炭酸カルシウムナノ結晶の階層構造作製と、機能性ナノ結晶の配向配列による新機能開拓を行うものである。平成31年度における研究では、炭酸カルシウムナノ結晶の熱的挙動の詳細な検討、さまざまな機能性ナノ結晶の秩序配列体および複合構造体の作製と評価、海洋微生物の有するグアニン結晶秩序配列体の光学特性についての検討を行った。第1に、バイオミネラルに類似した大規模かつ高強度な秩序構造体の作製を目指す研究テーマでは、炭酸カルシウムナノロッド集積体の高強度化を目指し、炭酸カルシウムナノ結晶の表面イオンの熱的挙動について詳細に検討した。その結果、炭酸カルシウムナノロッドが、融点以下で表面イオン拡散を生じて小さな粒へと分裂する新たな熱的挙動を見出した。これはバイオミネラルの構造の解明につながるばかりでなく、新規な生体材料の合成につながる有益な知見である。第2に、ナノ結晶配向集積技術を応用した機能性ナノ結晶秩序配列体作製および評価に関する研究テーマでは多くの進捗があった。まず、移流集積によって得られる結晶方位のそろった集積範囲（ドメインサイズ）の拡大を達成した。有機分子添加量や分散媒の最適化により、これまで数百nm程度であったドメインサイズをマイクロメートルスケールに拡大することができた。さらに、ナノ結晶集積体の機能開拓として、異種ナノ結晶の交互積層体作製と評価を行った。特に、酸化鉄と酸化コバルトのナノブロックの単層交互積層体について、強い交換相互作用に由来する特異な磁気特性を発現することを見出した。第3に、ナノ結晶集積の応用範囲を拡大し、配向集積体の対象を有機物にも展開した。海洋微生物であるサフィリナが有するグアニン結晶の集積構造とその機能について、詳細な構造および光学特性を解明した。

这项研究旨在为各种材料系统建立取向集成技术，并通过开发碳酸钙纳米晶体的分层结构来开发新功能，以开发轻质，高强度的材料。在2019年的研究中，我们详细研究了碳酸钙纳米晶体的热行为，创建和评估了各种功能性纳米晶体的有序排列和复合结构，并检查了海洋微生物中鸟嘌呤晶体有序布置的光学特性。首先，在研究主题中，旨在制造类似于生物工厂的大规模高强度有序结构，我们详细研究了碳酸盐钙纳米晶体的表面离子的热行为，旨在提高碳酸盐钙纳米棒的强度。结果，我们发现了一种新的热行为，其中碳酸钙纳米棒在熔点以下产生表面离子扩散并分成小颗粒。这是一个有用的发现，不仅会导致生物矿物质结构的阐明，还导致合成新型生物材料。其次，关于使用纳米晶体取向整合技术的功能性纳米晶级阵列制备和评估的研究主题取得了许多进展。首先，通过获得均匀的晶体方向扩展了对流对流积累范围（域大小）。通过优化添加的有机分子的量和分散培养基的量，域大小以前约为几百nm，已扩展到微米尺度。此外，作为纳米晶体积累的函数，制造并评估了不同纳米晶体的交替层压板。特别是，发现氧化铁和氧化钴纳米块的单层交替层压板表现出来自强交换相互作用的独特磁性。第三，扩大了纳米晶体积累的应用范围，并且方向积累的目标也扩展到有机物。海洋微生物Saphirina拥有的鸟嘌呤晶体的详细结构和光学特性已被阐明。