【研究分野】高分子化学

【研究領域課題番号】24550131 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ブロック共重合体 / ナノパターン / 階層構造 / シルセスキオキサン / 微細加工 / 自己組織化 / 方形

【研究成果の概要】

一分子中に数多くのケイ素を含有するかご形シルセスキオキサン（POSS）を含有する新規高分子ブロック共重合体の合成を行い、詳細な高次構造解析を実施することで階層構造を明らかにした。分子間相互作用に基づく分子構造と階層構造の形をデザインし、精密な高分子合成を駆使することによって、ブロック共重合体の階層構造を利用する方形状超微細ナノパターンの創成に向けた研究基盤を確立した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)

【研究分野】プラズマ科学

【研究領域課題番号】23224014 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

自己組織化 / 渦 / 磁気圏型プラズマ / 非正準ハミルトン力学 / 葉層構造 / 階層構造 / 先進核融合 / 逆拡散 / イオンサイクロトロン加熱 / 先進的核融合

【研究成果の概要】

「渦」は宇宙に遍在する構造でありながら，その生成・維持のメカニズムには未解明な点が多い．そのために渦が関与する自然現象の理解や科学技術への応用には多くの課題が残されている．渦が自己組織化されるメカニズムを明らかにできれば，渦に係わる様々な事象の理解，解析，予測，制御の方法，最適化などが可能になる．
本研究では，天体磁気圏のプラズマを具体例として，その渦構造が生成するメカニズムを「時空の幾何学」の観点から明らかにした．理論的に予測された自己組織化原理が実験的に検証され，先進的核融合に応用できる新たな高性能プラズマ閉じ込め方式の科学的実証が得られた．

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2011-04-01 - 2016-03-31

【配分額】106,340千円 (直接経費: 81,800千円、間接経費: 24,540千円)

【研究分野】木質科学

【研究領域課題番号】21780163 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

セルロース / ナノ材料 / 自己組織化 / 生体模倣 / ナノファイバー / 階層構造

【研究成果の概要】

TEMPO触媒酸化を経て水中分散したセルロースナノフィブリルはネマチック液晶状に自己配列する。本研究では、水中で自己配列したナノフィブリルの集積プロセスを制御し、ハイドロゲル、エアロゲル、フィルム等のバルク材料を構築した。これらのバルク材料は、ナノフィブリルが自己配列した秩序構造を有しており、極めて優れた材料特性を発現した。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2009 - 2010

【配分額】4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)

【研究分野】生物物理・化学物理

【研究領域課題番号】21224011 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

液体 / 時空階層性 / 水の熱力学異常 / ガラス転移 / 液体・液体転移 / 結晶化 / 階層構造 / 自己組織化 / ダイナミクス

【研究成果の概要】

液体状態は物質の基本状態の一つであるが、その基礎的理解は気体・固体に比べ大きく遅れてきた。我々は、液体の本性に関わる基本現象として液体・液体転移、ガラス転移、結晶化、水の特異性、非線形流動などに注目して研究を行った。その結果、これらすべての現象において液体の内包する時空階層性が大きな役割を果たすことが明らかとなった。これにより、従来の液体状態についての「乱雑かつ等方的な流体」という常識的描像によって上記の現象を理解することは困難であり、時空階層性を考慮の上、液体論を根本的に構築しなおす必要があることが示された。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2009-05-11 - 2014-03-31

【配分額】197,340千円 (直接経費: 151,800千円、間接経費: 45,540千円)

【研究分野】無機材料・物性

【研究領域課題番号】15560587 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

生体材料 / 有機無機複合材料 / リン酸カルシウム / 自己組織化 / 吸水ポリマー / ゲル / 階層構造 / 拡散場 / 拡散 / 吸着

【研究成果の概要】

本研究の目的は、ナノレベルからマクロレベルで制御された三次元的な階層的構造を有するポリマー・セラミックス複合材料の新規な合成方法の提案とそれを利用した生体機能性材料の開発である。本研究の成果は、複合化の基礎となるゲルマトリクス内における自己組織化空間パターンについてのモデル系の検討(パートI)と、周期的な空間パターンを利用した新規な階層構造、ナノ格子状構造、あるいはナノ繊維状構造を持つ水酸アパタイトの合成手法の開発(パートII)とに大別される。
パートIでは、ゲル内の結晶形態に影響をおよぼす因子として、マトリクスによる溶質の拡散制御と、ゲル化剤分子の結晶表面への吸着による成長制御が重要であることを見出した。さらに、ポリマーマトリクスと析出結晶との相互作用が強い系において階層的な構造体を自己組織化的に構築されるシステムを見出した。これらの基礎的知見は、生体セラミックス・高分子複合における自己組織化的構造制御に有益な知見であると考えられる。パートIIでは、生体機能材料として期待されるリン酸カルシウム系セラミックスを用い、吸水性高分子をゲル状マトリックスとして用いて自己組織化空間パターンを制御するための基礎的な知見を得た。その結果、ナノレベルの周期的沈殿現象および生成する結晶相の制御が可能となり、骨類似な生体親和性ポリマーとセラミックスの絡み合い構造構築のための基礎技術が確立された。さらに、ゼラチンゲルを用いることでナノスケールでパターン化された新規なタイプの構造制御された水酸アパタイトの合成手法を開発した。
以上の3年間の研究を通して、ゲルマトリクスと有機分子の特異吸着を利用することで、結晶成長における自己組織化空間パターンを制御し、水酸アパタイトを代表とするさまざまな材料系でナノレベルからマクロレベルにわたって階層的に制御された構造体を作製するための方法論を確立するに至った。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2003 - 2005

【配分額】3,600千円 (直接経費: 3,600千円)

【研究分野】高分子構造物性(含繊維)

【研究領域課題番号】14655354 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ポルフィリン / J会合体 / 自己組織化 / 分子集合体 / 階層構造 / 光機能 / 電子機能 / LB膜 / テトラフェニルポルフィリン / プロトン化 / 界面 / エキシトン / ナノ結晶

【研究成果の概要】

ポルフィリンJ会合体は、光合成の光捕集を担うクロロフィル集合体の光エネルギー移動とも関連し興味がもたれる。われわれは、プロトン化した非水溶性テトラアリルポルフィリン誘導体が、界面で自己組織化しJ会合体を生じることを明らかにした。今年度は、気-液界面に生じたJ会合体の構造と物性について検討した。
非水溶性テトラアリルポルフィリン誘導体の塩化メチレン溶液に硫酸水溶液を加えると液-液界面にJ会合体ナノ結晶が生じる。これらの非水溶性ポルフィリンJ会合体は気-液界面でも容易に形成された。その吸収スペクトルは、液-液界面で形成したJ会合体より先鋭になることが明らかになった。これは、J会合体の一次元鎖間のインコヒーレントな相互作用が少なくなることによると考えられる。気-液界面で生じたJ会合体のAFMには、ナノファイバー構造も見られた。
ポルフィリンJ会合体単分子膜は、25%硫酸水溶液上にポルフィリンモノマーの塩化メチレン溶液を展開することで得られた。室温付近では再現性の良いπ-A曲線が得られた。極限占有面積は1分子あたり約0.5nm^2であり、ポルフィリン分子は水面に直立していると考えられる。この単分子膜は、他の両親媒性分子の助けなしに、ガラス基板上に容易に累積できた。このJ会合体LB膜では、通常のポルフィリンJ会合体の会合軸に垂直な遷移双極子モーメント間の相互作用による短波長のS_2吸収が著しく小さくなる。この結果から分子が均一に基板に直立して会合していることが明らかとなった。以上本研究では、ポルフィリンJ会合体を界面に配向させる技術について基本的な知見を得ることができた。

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2002 - 2003

【配分額】3,900千円 (直接経費: 3,900千円)