卒業研究のご紹介
2019年版

化学・バイオ・栄養系

ケイ酸バリウムマグネシウムにおけるフォトクロミズムの鉄置換量依存性

下杉 和希富山県
大学院応用化学・バイオサイエンス専攻Cコース 博士前期課程1年
(工学部応用化学科 2019年3月卒業)
富山県立桜井高等学校出身

研究の目的

紫外線やX線の照射によって着色する現象のことを、フォトクロミズムといいます。この着色は可視光の照射、あるいは加熱によって脱色することができます。着色と脱色を繰り返し行うことができるので、フォトクロミズムを示す物質は紫外線やX線の可視化センサー、あるいは紫外線を用いた超大容量光メモリーなどへの応用が期待されています。さまざまな物質がフォトクロミズムを示すことが知られています。一般的に無機物質は耐熱性、耐候性に優れ、応用上有利と考えられます。そこで、この研究ではケイ酸バリウムマグネシウムという無機物質に注目しました。この物質は紫外線を照射するとピンク色に着色することが知られています。そして鉄を加えるとその着色の強度を増大させることができることが知られています。しかし、鉄がフォトクロミズムに対してどれだけ有効に作用するかはまだ分かっておらず、本研究ではそれを明らかにすることを目的としました。

ケイ酸バリウムマグネシウムの構造

研究内容や成果等

■ 実験方法

試料はゾル-ゲル法で合成しました。種々の金属イオンを含む水溶液にオルトケイ酸テトラエチルを加えて反応させてゾル溶液を得て、加熱によりさらに反応を進めるとともにゲル化させました。これを加熱処理して有機成分を除きました。試料にフォトクロミズムの特性を持たせるために最終的に水素中で加熱して還元処理を行いました。

■ 結果

下に紫外線照射前後の試料の写真を示します。紫外線を照射する前は試料の色は白色ですが、紫外線を照射するとピンク色の着色が観察されました。この着色は加熱によって脱色され、試料の色は元の白色に戻ることが観察されました。
鉄の量を変えて試料合成を行いましたが、いずれもこのピンク色のフォトクロミズムを示し、その着色の強度は鉄の量に比例して増加することが確認されました。ケイ酸バリウムマグネシウムのフォトクロミズムに対して、確かに鉄には有効に作用することが確認されました。研究成果は近く公表される予定です。

紫外線照射前の試料

紫外線照射後の試料
指導教員からのコメント 教授 竹本 稔
映像や音楽を記録するとき、CD、DVD、ブルーレイディスクなどの光ディスクを使います。1枚のディスクになるべく長時間記録できたらいいですね。その解決策の1つは記録や再生に使う光の波長を短くすることです。波長が650ナノメートルの赤色レーザーを使う DVDと比べて、405ナノメートルの青紫色レーザーを使うブルーレイディスクは約5倍の記録容量です。ケイ酸バリウムマグネシウムは波長が254ナノメートルの紫外線で着色、つまり記録ができるので、応用すると単純計算でブルーレイディスクの約5倍の超大容量光ディスクが実現するかもしれません。
フォトクロミズムを示す物質には他にも用途が考えられ、そのことは46ページに掲載の古屋君の研究のところで記しています。ぜひ読んでみてください。
卒業研究学生からの一言 下杉 和希
大学4年間では講義や実験などで幅広いさまざまな化学の知識を身につけることができました。4年次に行った卒業研究では講義よりもさらに専門的で最先端の化学を学ぶことができました。しかし専門的な内容は難しく、理解するのが困難なものもありましたが、担当の教授のサポートにより一年間でたくさんのことを学ぶことができました。この大学生活を通して得られた、常に新しいことを学び続け、自分の糧にしていく姿勢は研究だけでなく、今後の生活に活かせるものだと感じています。