九大,広帯域近赤外吸収スイッチング材料を開発

九州大学の研究グループは,超広帯域の近赤外吸収を示し,かつ有機溶媒に可溶でフィルム化できる材料を開発し,近赤外吸収を可逆的にアルコール蒸気雰囲気下で消去,水蒸気雰囲気下で可逆的に書き込みすることのできる超広帯域の近赤外吸収ベイポクロミズム現象ならびに材料を発見した(ニュースリリース)。

近年,情報セキュリティ技術への需要が高まりから,広波長帯域の近赤外吸収をスイッチングできる材料が求められている。

例えば室温・大気圧下などの温和な条件で,揮発性有機化合物(VOC)や水蒸気ガスに応答して第2近赤外領域(NIR-Ⅱ:1000~1,800nm)の近赤外吸収を制御可能な材料の開発は,重要な未解決課題とされている。

研究グループは,従来,固体金属錯体・物性科学分野の研究対象であった一次元混合原子価金属錯体と,生体関連化学分野で研究されてきた脂質二分子膜の化学を融合し,一次元錯体と合成脂質からなる一次元超分子金属錯体を世界に先駆けて開発した。

この脂質/一次元金属錯体複合体は,脂質の存在によって有機溶媒に分散でき,高いフィルム形成能を示す。今回,脂質被覆ヨウ素架橋錯体が,およそ2,000nmに吸収ピークを与え,NIR-Ⅱの広波長帯に連続的な近赤外吸収を与えること,またこの試料(フィルム)をメタノールなどの高極性VOC蒸気雰囲気下に置くと,近赤外吸収強度が著しく低下するとともに,赤褐色へと変化し,波長およそ500nmに新しい吸収を与えることを見出した。

続いて,この赤褐色フィルムを水蒸気雰囲気に置くと,元の近赤外吸収ピークが再生し,紺色フィルムに可逆的に戻った。1,000nmを超える吸収ピークのシフト幅は,これまで報告されてきた可逆的ベイポクロミズム材料のなかで最大だという。

この超広帯域の近赤外吸収は,一次元白金錯体とアニオン性脂質分子の精密複合化に基づいて金属間相互作用を強め,バンドギャップを著しく小さくする同グループの独自技術によるもの。

この顕著なベイポクロミズム現象では,結晶水が強く関与していることが明らかになった。一次元錯体/脂質複合体における結晶水は,一次元錯体鎖ならびに脂質分子の配列構造を安定化しているが,メタノール蒸気によって結晶水が追い出される。

これに伴って錯体鎖と脂質の配列構造が大きく変化することによって,超広帯域の近赤外吸収が消失,可視光吸収特性も変化(藍色→赤色)した。一方,水蒸気雰囲気下では可逆的に結晶水が形成され,近赤外(ならびに可視光)吸収が回復する。

研究グループは,この材料が水蒸気に応答する「環境調和型」の近赤外光セキュリティ技術として,応用が期待されるとしている。

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