Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

コロイド / ナノ粒子 / 高分子 / 自己組織化 / 分子動力学 / 結晶 / 相転移 / ソフトマテリアル / ゆらぎ / ゲル

フォトニック結晶の分野では、自発的に形成される様々な結晶構造を実現するためのフレームを開発することが中心的な課題の1つとなっている。特に簡単な方法として、コロイド結晶を用いる方法があるが、コロイド結晶のバリエーションは限られており、その構造は壊れやすい。そこで、本研究では強靭な結晶構造を形成する可能性を持つPGNPに着目する。具体的には、本研究では高分子グラフトナノ粒子（PGNP）の多形構造を予測し、フォトニック結晶としての可能性を開くための強力な理論的枠組みを提供することである。このテーマは、これまでにも多くの実験的・理論的研究が行われてきた。本年度は、PGNPの結晶多形について、主に粗視化分子動力学シミュレーションを用いて検証した。その結果、以下のような結果を得ることができた。（1）グラフトポリマーの鎖長やグラフト密度によって分子間相互作用が複雑に変化し、調整できることを明らかにした。特に、低体積分率では、PGNPは様々な超構造に自己組織化することが可能であった。（2）PGNPが高体積分率でバルク状態に相当する様々な結晶構造を示すことを明らかにし、フォトニック結晶として理想的な構造の一つであるダイヤモンド構造への到達の方向性を示した。（3）今回の結果は、粗視化分子動力学シミュレーションでPGNPsの結晶相転移を直接観察した初めての事例となった。今後のPGNPsの結晶多形研究にとって重要な方法論になると考えられる。

発光 / 液晶 / 凝集誘起発光 / 金錯体 / 結晶 / 高分子

液晶の秩序と無秩序の調和をとるために，発光性高分子液晶やフルカラー発光を示すディスコチック液晶性金錯体などを合成し，発光特性と秩序度・凝集構造の相関を考察した。さらに，液晶の特徴である配向性を利用した偏光白色発光材料への展開やキラル液晶の屈折率周期構造を利用した波長可変レーザー発振材料への展開も行った。本研究では，発光性高分子液晶が固体状態で白色発光を示すこと，および，磨砕などの力学刺激により発光色変化を示すことを見いだした。また，発光挙動が単結晶サイズにも依存することを見いだした。

機能分子を材料へと展開する場合，しばしば微粒子や薄膜として利用される。本研究の結果は，微粒子や薄膜などはバルク結晶から期待されるものとは全く異なる物性を示す可能性を示唆しており，機能材料の設計においてはサイズと物性の相関が非常に重要な知見となる。すなわち，特に有機機能材料の設計において従来重視されてきた「分子構造と機能の相関」だけでなく，同じ分子構造でも材料サイズによって機能・性能が変化するという「材料サイズと機能の相関」も考慮した設計が必要となる。

【研究分担者】
久野恭平	立命館大学	生命科学部	助教	(Kakenデータベース)