学位の種別: 課程博士審査委員会委員 : （主査）東京大学教授 相田 卓三, 東京大学准教授 吉尾 正史, 東京大学教授 吉江 尚子, 東京大学教授 吉田 亮, 立教大学副センター長 入江 正浩University of Tokyo(東京大学

Arazoe Hiroki

荒添 弘樹

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審	 査	 の	 結	 果	 の	 要	 旨 
 
 
 
 
氏	 	 名	 	 荒	 添	 弘	 樹 
 
 
 
 
グラフィティックカーボンナイトライドポリマー(CNP)は非常に特異的な構造
を有することから、様々な物性が期待されている。CNP のシート構造の配向が
揃った透明な薄膜を作製することができれば、現在の主流である不均一系触媒
としての利用だけでなく、新たな CNP 材料の応用へ発展させることが可能であ
る。しかし、CNP が不溶不融であるため、従来の方法を用いて薄膜に成型する
ことは非常に困難である。本論文では、蒸着重合を用いた高配向 CNP 薄膜の作
製方法を確立し、CNP 粉末では実現不可能な材料特性を達成したと述べている。 
□序章では、高分子材料の形状、特に薄膜の重要性について導電性高分子の発
展の歴史と共に詳細に述べている。また本論文で確立した成膜方法のコンセプ
トとなる蒸着重合の概念、重要性を具体的な報告例をもとに解説している。後
半では、CNP に焦点を当てている。CNP の最初の報告から特異的な不均一系触
媒として注目される流れを追うことで、不溶不融であることがにいかに構造の
特定や物性を評価することが困難であり、未だ未開拓な部分が多いことが主張
されている。また、過去の CNP の薄膜化への試みを取り上げることで、CNP
の薄膜化が求められているにもかかわらず、実現が困難であることにも触れて
いる。 
□第一章では、グアニジン炭酸塩を用いた高配向 CNP 薄膜の蒸着重合法と、得
られた薄膜の物性について述べられている。走査型電子顕微鏡(SEM)による薄
膜の観察に加え、ここでは特に X 線光電子分光法(XPS)、フーリエ変換赤外分光
法(FTIR)及び X 線回折(XRD)の測定による薄膜の構造について記載されている。
さらに、二次元 XRD 及び一次元面外 XRD 測定、偏向赤外線を用いた全反射測
定法(ATR)による測定によって、CNP のシート構造が基板に対して平行に配向
していることが記載されている。これらの結果は、本論文で得られた薄膜が、
粉末状の CNP とは異なることが明記されている。 
	 第二章では、ガラス基板から剥離した自立薄膜のアクチュエーター特性につ
いて述べられている。水の吸脱着による薄膜の膨潤収縮を駆動原理とし、一般
の湿度計では検知できないような、微少で局所的な湿度の揺らぎにより屈伸運
動を繰り返す高感度なアクチュエーターが CNP 薄膜により達成されたことが
記載されている。また光照射下では一巻きするのにわずか 50 ミリ秒というトッ
プクラスの高速応答も併せて記載されている。今まで湿度の変化に応答するア
クチュエーターは数多く報告されているが、極微小の環境の湿度変化に応答す
るようなアクチュエーターの例は過去にない。 
	 第三章では、屈折率、複屈折を中心に CNP 薄膜の光学特性について述べられ
ている。本論文で得られた高配向 CNP 薄膜では、可視領域から近赤外領域(420 
nm < λ < 1690 nm) における面内方向の屈折率が 2.76~2.14、複屈折の絶対値
が 0.71 < Δn < 1.22 と破格の値を示すことが記載されている。加えて、その光
学特性を生かした応用についても述べられている。高複屈折を用いた高効率偏
向分離膜としての可能性を計算により示唆している。また高屈折率が低角度依
存性の干渉色を実現することを見出し、高屈折率と CNP 薄膜の特性を生かして
炭素繊維の鮮やかな呈色を実証している。高屈折率を有する有機薄膜は 1.8 前後
であるのに対し、CNP 薄膜はその値を大きく凌駕し、無機材料にも引けを取ら
ない。また複屈折は固体材料の中で最も高い値である。これらの光学物性が CNP
の薄膜化に成功したために発見された物性であり、第二章に加え CNP の薄膜化
の重要性を後押ししている。 
	 第四章では、ボロンカーボンナイトライド(BCN)の薄膜作製について述べてい
る。メラミンとホウ酸を混ぜたものを原料として用いることで、CNP と同様の
蒸着重合法によって BCN 薄膜の作製に成功したことが報告されている。さらに、
官能基を持つ類似構造体を原料に混ぜることで、薄膜の物性を変化させること
に成功したことも併せて本章で報告されている。本論文で開発した蒸着重合法
は CNP 薄膜だけでなく、他の構造の高分子材料にも適応できることを意味して
おり、確立した手法の汎用性が示唆された。 
以上、本論文では高配向 CNP 薄膜の成膜法を確立し、得られた薄膜の高速、高
感度湿度応答アクチュエーターとしての特性や、特異的な光学特性など興味深
い物性を報告している。本研究によって達成されたこれらの成果は、粉末とし
ての研究が主流だった CNP 材料の分野に一石を投じた。さらに BCN 薄膜の作
製により示唆された蒸着重合法の汎用性は、材料化学の発展に大きく貢献する
ものと期待される。 
	 よって本論文は博士（工学）の学位請求論文として合格と認められる。 
	 	 	 	 	 	 	 	 	 	 	  
	 	 	 	 	  
 


高配向グラフィティックカーボンナイトライド薄膜のワンポット合成とその応用

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高配向グラフィティックカーボンナイトライド薄膜のワンポット合成とその応用

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