【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.19】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24MS0006
利用課題名 / Title
熱的相転移により伸縮する錯体分子結晶の変形特性と弾性率の関係評価
利用した実施機関 / Support Institute
自然科学研究機構 分子科学研究所 / IMS
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
錯体, 分子結晶, 塑性, 脆性, 相転移, 伸縮, 弾性率,アクチュエーター/ Actuator,走査プローブ顕微鏡/ Scanning probe microscope
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
萩原 宏明
所属名 / Affiliation
岐阜大学教育学部
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
湊丈俊,上田正
利用形態 / Support Type
（主 / Main）共同研究/Joint Research（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
本研究課題では、申請者の研究室にて合成、結晶化した2種類のニッケル(II)錯体分子結晶について、走査プロープ顕微鏡（SPM）による単結晶表面の弾性率評価を実施した。これらの錯体は、ハロゲン置換基の異なるクロロ錯体（Cl錯体）とブロモ錯体（Br錯体）であり、共に棒状晶として得られ、温度変化に伴う相転移により結晶長軸方向に大きく伸縮する。一方で、外力に対してCl錯体は脆く割れ、Br錯体は塑性変形を示すことから、機械的柔軟性に違いがある。そこで本研究では、SPMにより両錯体の結晶弾性率を定量的に評価し、結晶観察により得られた伸縮率や機械変形特性との関連の有無について検討した。
実験 / Experimental
走査型プローブ顕微鏡（Bruker Dimension XR Icon NanoE or NanoEC）：各錯体の単結晶をシリコン基板（ニラコ 500440, 2 cm×2 cmにカットしたもの）上に置き、少量の接着剤（アロンアルファ耐衝撃EXTRA #04655）を用いて結晶底面全体を接着した。この測定試料を装置内に導入し、室温にて表面形状を観察した。まず2 μm×2 μm範囲の表面形状を観察し、平坦な面を探した後、異物やくぼみがない100 nm×100 nmの範囲に絞って表面形状を観察した。続いて、その領域のフォースカーブ測定（Force Volumeモード, 16×16）を行った。なお、プローブにはNANOSENSORS製PPP-NCHAuD｛ばね定数42 N/m (10–130 N/m)｝を使用し、較正にはサファイア（Bruker SAPPHIRE-12M）を用いた。弾性率の参照測定にはポリカーボネート標準品｛Bruker PC-12M（DMT Modulus = 2.4 GPa, FFV mode）｝を用いた。ポリカーボネート標準品の測定は複数回連続で実施し、弾性率の経時変化がないことを確認した。
結果と考察 / Results and Discussion
フォースカーブフィッティングにより得られた各錯体結晶の弾性率は、脆性結晶（Cl錯体）では概ね1.0～6.3 GPa、塑性変形結晶（Br錯体）では概ね1.3～6.7 GPaであった。毎月新たに結晶化したフレッシュなサンプルを準備し、複数の単結晶について測定したが、明らかに表面の質が悪い結晶の測定データを除外してもデータのばらつきが抑えられることはなく、結晶サイズや結晶面に対する弾性率の依存性もなかったことから、本分子系では、選んだ結晶によって弾性率に一定程度のばらつきがあるものと考えられる。以上より、結晶表面の弾性率に関しては、Cl錯体とBr錯体の間で差が見られないことがわかった。一方、研究室にて実施した単結晶の温度変化観察の結果、両錯体の加熱時の相転移に伴う長軸方向に対する収縮率はCl錯体で7%、Br錯体で10%であり、Br錯体の方が大きな変形を示した。この収縮率の差は、相転移前後の結晶構造解析結果にも一致している。また、概要に示した通り、外力に対してCl錯体は脆く割れ、Br錯体は塑性変形して不可逆に曲がることから、機械的柔軟性にも大きな差があることがわかっている。 本研究により、今回の分子系では、ハロゲン置換基を変えることで熱的相転移に連動した結晶伸縮特性や外力に対する機械的やわらかさを制御できることがわかり、特に伸縮特性に関して定量化することができたが、これらの結晶全体の変形特性と結晶表面の弾性率には相関がないことが明らかになった。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
本研究課題は、湊丈俊主任研究員及び上田正主任技術員の協力によって遂行されました。紙面を借りてお礼申し上げます。
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件