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东京大学大学院理学系研究科化学専攻の中村栄一教授らの研究グループは、巧みに设计した有机分子一分子を物质の表面に化学结合させて、この物质をこのタネにして有机物を结晶させることによって、タネ分子の上に分子一つ一つが积み重なり、大きな结晶へと成长していく原理を解明した。この新原理は、日常生活でよく见られる结晶成长の関する素朴な疑问に答えるだけでなく、有机太阳电池の高性能化や医薬品の薬効向上につながると期待される。

ナノカーボン表面につけたタネ分子の上に数個の分子からなる集合体がたくさん形成し、その一部が大きな結晶へと成長する　© Eiichi Nakamura

ナノテクノロジーの技术を応用し、カーボンナノホーンとよばれる微细炭素粒子の表面に有机分子一分子（タネ分子）を结合させた新材料を作製した。この材料を加えて有机分子の结晶を作製し「単分子実时间电子顕微镜イメージング」とよばれる手法で结晶の生成を観察したところ、固体の上に付けたタネ分子の上に数个の分子からなる集合体がたくさん形成し、その中のごく一部のみが结晶へと成长するという确率过程であることが初めて実験的に証明された。各成分の构造を决定し数を数えることにより、タネ分子が大きな结晶に成长する确率を见つもることにも成功した。

有机分子の结晶化は、日常生活から生体、工业プロセスまで遍く起きている现象であるにもかかわらず、表面における有机分子の结晶化メカニズムは未解明な点が多かった。従来の説では、结晶の形や性质を决定づける上で物质の表面の周期性が大きく影响すると考えられてきたが、今回の成果により、実际には物质表面についた分子の形と性质が决定要因であることが初めて示された。タネ分子のデザインを工夫すれば、同じ分子からでも违う性质を持った结晶を作り分けることができ、物质の性质を様々に変えることが可能となる。

论文情报

Koji Harano, Tatsuya Homma, Yoshiko Niimi, Masanori Koshino, Kazu Suenaga, Ludwik Leibler, iichi Nakamura,
“Heterogeneous nucleation of organic crystals mediated by single-molecule templates”,
Nature Materials: 2012/8 (Japan time),　doi: 10.1038/NMAT3408.
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