多色発色および可視域外制御を可能とする高機能金属析出型プラズモニックEC素子

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本研究は、銀の電解析出に基づく光学状態の変化をエレクトロクロミック(EC)反応として利用する、銀析出型ECデバイスに関する研究である。本ECデバイスでは、銀の電解析出に応じた多彩な光学状態を単一素子で発現可能である。これは、銀ナノ粒子がその形態に応じた様々な波長領域の局在表面プラズモン(LSPR)帯を誘起するため、デバイスへの入射光が電着銀粒子の形態に依存して吸収されることに由来する。任意の光学状態発現のためには、電極に生成する銀粒子の面密度や、粒子の成長方向、成長速度などの制御が重要であるが、銀の電解析出挙動に関する体系的な研究は不十分であった。また、一般にECの特徴である、開回路状態における発色状態保持(メモリ性)も達成困難であった。前年度までに、電極反応速度や電解液中からのイオンの拡散に支配される、銀粒子の成長過程を解析し、高彩度・高明度の発色に必要な析出銀形態を達成するための方法論を確立した。また、ナノ粒子同士の近接の効果であるプラズモンカップリングが、析出銀ナノ粒子の面密度の増加によって誘起されることを見出した。これにより、単一デバイス中における複数のLSPR帯誘起も可能とし、例えば、素子の緑色発色も実現した。さらに、メモリ性の欠如を解決するため、対向電極に固定した材料の酸化還元容量を用いて作用電極における銀の反応を補償する相補型ECの構造を初めて導入し、本ECデバイスが8時間程度のメモリ性を有することも明らかにした。研究計画の最終年度である本年度は、前年度までは個々に検討を実施していた、高彩度・高明度の発色に必要な析出銀形態を得るための方法論と、メモリ性を有する相補型ECの構造を組み合わせることに注力した。その結果、様々な析出銀形態を単一デバイス中で作り分け、発色を制御しながら、光学素子応用として有効なメモリ性を達成するデバイス構成の確立に成功した。