バイオミネラリゼーションに倣う遷移金属水酸化物の高配向薄膜形成と機能化

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生物が形成する硬組織であるバイオミネラルは、次世代の環境調和型材料のモデルとして注目されている。バイオミネラルは生体分子と無機物の複合体であり、精緻な秩序構造とそれに由来する優れた機能を有する。このような構造は、有機分子・無機成分間の相互作用を基盤として、両者が温和な環境下で自己組織的に複合化することによって作り出される。こうした生物による複合体形成機構に倣い、新規な有機／無機複合材料の開発手法が確立されれば、安価で豊富な天然資源から微細構造を有する高機能材料の創製が可能となる。本研究では、バイオミネラルの形成機構に倣う結晶化手法を用いることで、金属水酸化物結晶の配向制御及びらせん構造の構築を試み、らせん構造色を呈する電極材料の構築を目的とした。基礎的な知見を得るため、薄膜状高分子マトリクスと水溶性高分子添加剤を用いていくつかの金属水酸化物の結晶成長を試みた。亜鉛水酸化物など数種類の化合物について、高分子による核形成制御・結晶成長制御を通して、薄膜結晶化が可能であることが示唆されたが、その他の化合物については結晶が形成されなかった。これは、結晶化の駆動力と、高分子による結晶化阻害作用のバランスが大きく影響している為と考えられる。また、高分子の種類やマトリクス作製時の処理によって結晶配向が制御できることが示唆された。さらに一軸配向した高分子マトリクスやらせん構造を有する液晶性高分子マトリクスを用いることで、構造の制御を試みた。関連した研究として、らせん状高分子マトリクスを用いて炭酸カルシウムの結晶成長を行い、らせん構造を保持した均一な有機／無機複合体の作製に成功した。今回、金属水酸化物結晶についてらせん状複合体を得ることはできなかったが、結晶化制御および結晶配向制御の知見を活かし、さらなる構造制御を達成できれば、高機能材料の開発につながるものと考えられる。