大規模かつ階層的なメソクリスタル構造の構築と無機・有機融合機能の開拓

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研究目的は、多様な無機ナノブロックが任意な方位・サイズで規則配列した「メソクリスタル」を大規模化して実用的デバイスへと発展させ、多彩な融合機能を開拓することである。この目的を達成するため、2021年度の第1段階では、メソクリスタルの構成単位となる無機ブロックの合成手法の確立と配列手法の検討をおこなった。2022年度では第2段階として、(2-1)機能発現に適した結晶ナノブロックの配列制御、および階層的構造化と有機分子との複合化を試みるとともに、(2-2)デバイスの手本となるバイオミネラルを詳細に解析し、精緻な無機・有機複合構造に関する新たな知見を得た。(2-1)ナノブロックの配列制御では、基板上での分散媒質の蒸発制御によって約10nmのナノキューブを数mmスケールで二次元および三次元に配列させることに成功し、さらに配列メカニズムを解明した。また、結晶成長プロセスの利用によって、リン酸カルシウムおよび硫酸ストロンチウム結晶においてナノロッドを単位とするメソクリスタルの構築に成功し、そのプロセスとメカニズムを解明した。機能面では、ハロゲン化鉛ペロブスカイトと有機配位子の階層的配向配列によって蛍光特性が大幅に増強できること、強誘電体と強磁性体ナノキューブの交互積層によって新規な磁気特性が発現することを明らかにした。これらの知見は、新たな融合機能材料の開発において重要である。(2-2)大規模配列の手本とし、放散虫やケイソウの微細構造、巻貝や二枚貝の交差板構造、一部の貝類に見られる閉弁器官やサメの歯に見られる無機有機複合構造の着目した。これらのナノ構造の詳細な解析をおこなうとともに、複雑な階層構造の形成過程についての検討を進めた。特に、有機物を多く含む柔軟な層の存在が炭酸カルシウム構造体の柔軟性に重要であることを明らかにした点は実用的な材料デザインに有用な知見である。