Sensors誌に掲載されました。C誌に掲載されました。Papersに選出されました。制御とその応用に関する最近の成果をまとめた解説記事(日本語)が、化学工業誌に掲載されました。Communications誌に掲載されました。Peng教授との共同研究による成果です。Simulations誌に掲載されました。五十嵐康彦助教との共同研究による成果です。1900130.本論文は、当該号の表紙裏側のイラストに採用されました。ホームページ、化学工業日報(9月11日)、日経産業新聞(9月19日)、朝日新聞(11月28日)で紹介されました。本論文の筆頭著者である沼澤博道君(当時大学院修士2年)が、日本最大の化学ポータルサイトChem-Stationのスポットライトリサーチでハイライトされました。Paperのコーナーでハイライトされました。Japan誌に掲載されました。Paperに選出されました。C誌に掲載されました。藤井秀司教授との共同研究による成果です。Simulations誌に掲載されました。五十嵐康彦博士との共同研究による成果です。1800180.本論文は、当該号の表紙裏側のイラストに採用されました。ホームページ、日経産業新聞(1月18日)、化学工業日報(1月21日)、日刊工業新聞(2月1日)、日本経済新聞(2月17日)で紹介されました。A誌に掲載されました。Materials誌に掲載されました。Sommerdijk教授との共同研究による成果です。Materials誌に掲載されました。Highlight(英語)に紹介されました。する一連の研究が紹介されています。Materials誌に掲載されました。Materials誌に掲載されました。創製・構造制御を行い、電池や触媒などの資源・環境・エネルギー関連分野、センサ関連分野への応用を目指します。各種の研究テーマに対し、小規模な実験データにデータ科学的手法と研究者の考察を融合したマテリアルズインフォマティクスを適用しながら、高効率な機能材料の開発とその手法の確立を目指します。中心に、2次元ナノ構造やナノ~マクロスケールの形態を付与・制御することを試みています。これまでにも、テンプレートや相分離の利用など、様々な手法が開拓されてきました。このような形態制御された共役高分子材料を、電池やキャパシタの活物質、水素発生の電極触媒をはじめとした、資源・環境・エネルギー関連へ応用しています。ナノ結晶のすき間を活用することで、結晶の持つかたちを高分子材料にナノ~マクロスケールにわたって転写することができます。ナノ結晶から構成された階層構造体では、ナノ結晶間のすき間でピロールやスチレンなどのモノマーをそれぞれ酸化重合やラジカル重合すると、もともとの結晶が持つ階層構造を転写した高分子材料が得られます[1-8]。このような階層構造体は、ナノメートルスケールの高比表面積構造とマイクロメートルスケールの構造による物質の拡散経路の確保でき、吸着材やエネルギー貯蔵などの応用で優れた性能を示すことがわかりました[8-10]。様々なヘテロ芳香族モノマーを有機および無機酸化剤と液相あるいは気相で反応させ、ナノ構造や形態が制御された高分子材料あるいはそのコーティングを得る新しい手法を開拓しています[9-14,16-18]。酸化剤結晶と揮発性のヘテロ芳香族モノマーの液体を同一の容器内に封入しておく系から、共役高分子の多様な形態制御や任意基材へのコーティングが可能となりました[4,14,17]。酸化剤の中でもキノン誘導体に着目し、その酸化・還元活性を合成時および応用へ活用しています。得ると、その双方の酸化還元活性を利用した高容量なエネルギー貯蔵が可能になります[10,11,13]。ある種のキノン誘導体はヘテロ芳香族モノマーとランダムに共重合し、乱層グラフェンに類似した非晶質な層状構造を形成することがわかりました。得られたグラフェン類似の共重合体は、水素発生反応の電極触媒として優れた特性を示しました。層状高分子材料の柔軟性と動的機能を、層間ゲストの種類によって制御し、光・熱・力などの外部刺激を可視・定量化することを目指しています。一般に、層状構造は、層状無機化合物を指すことが多いようです。層状無機化合物では、層内に他のゲストを導入するインターカレーションおよび層をばらばらにするはく離という現象について、これまでも多くの研究が行われてきました。我々は、層状有機高分子に着目した研究を展開しています。層状有機化合物は、層状構造のインターカレーション能と有機材料の有する動的な性質を併せ持つ特異な構造とみなすことができます。この特異な構造を制御することで、インターカレーションによって制御可能な刺激応答能を有する材料を開拓してきました。最近、刺激の印加量や強さを定量的にイメージングする仕組みを提案しています。nm以下であれば、結晶構造を変えることなく重合(トポケミカル重合)が進むことが知られています。層状構造をもつジアセチレンモノマー結晶について、結晶形態や配向の制御技術の検討や、ゲストのインターカレーション、所望の基材への複合などを行った後に重合を行うことで、制御されたポリジアセチレン(PDA)を得ることができるようになりました[1-3]。PDAは、外部刺激に応答してPDA主鎖がねじれることで色変化を起こすことが知られています。制御できることを見出してきました[4-11]。導入するゲストによって層状の結晶構造の安定性や柔軟性を制御することが、刺激応答性を制御するために重要であると考えています。これまでの刺激応答性材料では、相転移を活用する場合が多く、転移点付近で急峻に色変化が起こるものが多く報告されています。本研究で得られる層状PDAおよびそれを用いたデバイスは、印加した刺激に対して徐々に色変化を起こすことができるため、刺激の印加量やその強さを可視・定量化することができる点が特徴的です。これにより、例えば、2次元平面および3次元空間の温度勾配の可視・定量化[6]、樹脂のガラス転移に伴う分子運動の可視・定量化[13]、まさつ力の印加量・履歴・強さの可視・定量化を達成しています[10,14]。PDAが色変化を起こさないような外部刺激であっても、検出可能な刺激へ変換することで、同様に可視・定量化が可能となりました[12,15]。近赤外光やマイクロ波を熱に変換することで[12,15]、これらの電磁波の刺激を層状PDAを使って可視・定量化できるようになりました。近年、層状化合物のはく離によって得られるナノシートは、2次元材料として注目されています。グラファイトや遷移金属カルコゲナイドなど、ファンデルワールス力で積層した層状物質は、比較的容易にはく離することができ、多くの研究がなされてきました。一方で、粘土鉱物や遷移金属酸化物など、層間が静電相互作用で構成された層状物質は、その剛直な層間相互作用により、容易にはく離することができない場合が多いようです。そこで、先行研究では、主に水系媒質中でかさ高いイオンを層間に導入することで、溶剤の浸透・膨潤を経て水系媒質へ分散するナノシートを合成する方法が開拓されてきました。我々もサイズ制御などを試みてはいたものの[1-3]、ナノシート材料全般に、収率・サイズ・表面修飾の制御が十分ではない状況でした。我々の研究では、層間にアルキル鎖や芳香環を有する有機カチオンを予め導入しておき、「剛直な層状構造」を「柔軟な層状構造」にすることで、様々な有機溶剤中でのはく離によって表面修飾ナノシートを得る新しい系を開拓してきました[4-12]。これによって、様々な有機分子での表面修飾や所望の分散媒へのナノシートの分散が可能となりました。その応用例のひとつとして有機合成反応の触媒が挙げられます。酸化マンガンは、ベンジル位やアリル位のアルコールを選択的にアルデヒドに酸化する触媒として知られています。得られた疎水性の酸化マンガンナノシートをトルエン中での触媒反応に用いると、疎水性かつ高い比表面積に由来して高い触媒活性が得られることがわかりました[4]。ナノシート表面に二重結合を有する分子を修飾しておくことで、様々な有機分子との複合が可能となりました[8]。このはく離によってナノシートを得るプロセスは、「こわす」プロセスであり、サイズ制御や収率向上などは容易ではありませんでした。そこで、層間分子と分散媒の組み合わせを変え、機械学習によるスパースモデリングと研究者の考察を組みわせた、小規模データへの実験主導マテリアルズインフォマティクスによって、収率向上やサイズ制御を行っています[11]。MI)が、材料の種類や機能、産官学を問わず注目されています。MIとビッグデータを活用した材料の研究開発は、計算科学や情報科学に近い研究者を中心に盛んに行われてきました。これまでにも材料・プロセスの探索や、性能向上に関する成功事例が報告されています。我々は、実際の物質・材料を合成でき、自前のデータや経験と勘を持った実験科(化)学者が、どのようにMIを活用できるかに関心をもってきました。実験研究者のもつデータは比較的小規模であり、そこにどのようにMIを適用するかが課題です。我々は、スパースモデリングを活用し、自前のスモールデータに対するMIを開拓してきました。これまでに、最小実験数で、ナノシート材料の収率や高分子材料の電気化学特性を向上させることに成功してきました[1,2]。実験研究者に馴染みやすい、「スモールデータ」への「実験主導MI」の確立を目指した検討を進めています。本研究テーマは、JSTさきがけ(マテリアルズインフォマティクス領域)、研究期間:2016年10月~2020年3月、課題名:はく離挙動を制御する指針の確立によるナノシート材料の機能設計において、開始・発展したものです。関係各位のご指導、ご支援に感謝申し上げます。扱ってみたい人、高分子材料で資源・エネルギー・環境問題に取り組みたい人、実験もデータ科学も興味がある人、一緒に研究しませんか?我々は「つくる」「制御」する部分を重視し、それによってどのような特性の向上や機能が発現するかを検討します。従って、何かの性能を飛躍的に向上させなければいけない、というような縛りはなく、「つくる」「制御」することで特性が向上することに重点をおき、それを楽しみたいと思います。研究は国内外での競争の側面があり、学会や論文を通じた発表により国際的な競争を行うことになります。研究・化学のおもしろさを小・中・高校生に知ってもらう活動を行っております。2015年化学の日イベント)。