科学技術振興機構の広報誌「JSTnews」 第119回

【JSTnews8月号掲載】創発的研究支援事業 研究課題「二次元物質の一次元自己集積化を基軸とする無機超分子ポリマー」

構造色で光を自在に操るハイブリッドナノシートを開発

　光の波長と同程度の数百nm（ナノ*メートル）の周期的なナノ構造を持つ「フォトニック結晶」は、特定の波長の光を選択的に反射することで「構造色」と呼ばれる色を発現します。厚さがナノメートル・スケールの2次元状物質である機能性ナノシートを用いてフォトニック結晶を構築すれば、さまざまな機能を統合した多機能フォトニック結晶を開発できる可能性がありますが、ナノシートの構造上の課題から、フォトニック結晶を構築可能なナノシートはこれまで数種類に限られていました。

　信州大学学術研究院繊維学系の佐野航季准教授らの研究チームは、基盤ナノシートの表面を機能性ナノ粒子で修飾することで、ナノシートの性質を維持したままフォトニック結晶を機能化する方法を確立しました。研究チームは、表面が負に帯電した酸化チタンナノシートに、表面が正に帯電した金ナノ粒子、金ナノロッド、蛍光シリカナノ粒子を徐々に添加し、機能性ハイブリッドナノシートを開発。続いて、得られたナノシート間の距離を数百nmに拡大することで、光の吸収・反射・発光という3つの発色原理を統合した多機能フォトニック結晶を実現しました。さらに、ナノシートを3次元可視化し、フォトニック結晶の光学機能を動的に制御できることを実証しました。

　今回の成果は、高度な光機能を示す新規色材・インクや次世代材料の開発に適用できる可能性があります。無機ナノシートの構造と振る舞いを精密解析するための基盤技術としても役立ちそうです。

*ナノは10億分の1

金ナノ粒子に由来する赤色や、金ナノロッドに由来する青色、フォトニック結晶に由来する構造色が融合した独特な色合いを観察できる。

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