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Creation of new fusion materials by integration of highly-ordered nano inorganic materials and ultra-precisely controlled organic polymers

renew: 2016 11 18

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J.tiff

[研究プロジェクトの目的]
本研究では本学で独自に開発した無機物のナノ構造を制御する技術と縮合系高分子の分子量制御技術を活用して、(1)基板上にナノ構造の無機物をコーティングした高機能性材料の創製、および(2)無機物ナノチューブやナノワイヤーとπ共役系高分子などの有機高分子との自己組織化による高機能性材料の創製、を目的としています。

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[研究プロジェクトの概要]
無機材料は光・電・熱に高度に機能し耐久性にも優れていますが、微細なナノ構造体を作ることは困難でした。しかし、珪藻類を含む単細胞生物は,バイオシリカと呼ばれるナノからマイクロスケールの複雑で精巧なシリカ細胞壁を構築しています。。神奈川大学では、そのシリカ構築法に着目し、高分子ナノ結晶会合体の構造を転写して無機物のナノ構造を制御する技術を開発しました。一方、光電子材料全般に欠かせない有機高分子を、分子量や高分子末端を制御して合成する技術も本学が世界に先駆けて開発しました。
本研究プロジェクトでは、本学で生まれたこの二つの独創的技術を両輪とし、それらが高度に融合してなる次世代機能材料、すなわち健康・快適・持続といった社会基盤に欠かせない、エコロジー・省エネルギー材料の開発を目指します。

[期待される研究成果]
・突起状のシリカナノ芝表面は比表面積が飛躍的に増大しますので、その表面を有機分子で修飾すると効率の高い分離機能材料ができます。これは、雑草の発酵によって得られるバイオ燃料からエタノールやメタノールを分離精製することや、人類にとって重要な水の精製が行えます。

・複数の希土類金属酸化物ナノ粒子を秩序化されたナノシリカに固定化すると、赤外線(熱)エネルギーを可視光エネルギーに変換できるシステムが構築でき、省エネルギーの革新的技術となりえます。

・無機半導体の酸化チタンと有機半導体高分子との自己組織体では、効率の高い太陽電池が期待できます。

・キラルシリカナノチューブやナノワイヤーと耐熱性の高い有機高分子との自己組織体は、新しい不斉合成触媒材料として期待されます。

E.tiff

[Project Purpose]
...Based on technologies for controlling inorganic nano-structure formation and condensation polymerization developed in the university, this research project is directed toward development of (i) functional inorganic nano-materials deployed on a substrate and (ii) functional organic-inorganic hybrids generated by self-assembling of π-conjugated polymers and inorganics such as nano-tube and nano-wire.

[Project Summary]
...Inorganic materials are durable and have an intrinsic potential to versatile functioning on photic, electronic and thermal irritation or stimulation, however their controlled preparation as fine nano-structures had not necessarily been easy so far. While, unicellular organisms, including diatoms, can built a silica cell-wall with elaborate, complicated micro-to-nano scale structures that are called a bio-silica. Inspired by the bio-silica formation, we have developed a technology for constructing inorganic nanostructure by transferring the structure of the polymer nano-crystal aggregates.
...On the other hand, we have also built up methods for controlled synthesis of conjugated organic polymers essential to photo- and electronic materials, that have a narrow polydispersity and a well-defined end-structure.
...On the basis of these inventive technologies and their fusion, we wish to develop next generation functional materials useful for our life and universe.

Eng Fig.tif

[Expected Goals]
...Since surface of nano-umbonal silica sod is quite large in area, its modification with organic molecules can provide materials having a high separation ability. This is useful for purification of water and ethanol from crude bio-fuel.
...Immobilization of rare earth metal oxides on ordered nano-silica will provide a system versatile for thermal-optical energy transfer, which may be a innovative technology for energy conservation.
...Highly efficient solar cell comprised with titanium oxide and self-assembled organic conductive polymer will be produced.
...Materials for asymmetric reactions and catalyses will be developed by hybrid of organic polymers and chiral silica nano-tube or wire.