2026/03/11 更新

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フクシマ タカノリ
福島 孝典
FUKUSHIMA TAKANORI
所属
総合研究院 自律システム材料学研究センター 教授
職名
教授
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News & Topics

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学位

  • 博士(理学) ( 東北大学 )

研究キーワード

  • 分子素子

  • 膜・集合体

  • 光物性

  • 液晶・結晶

  • 電気・磁気的機能

  • 超分子

研究分野

  • ナノテク・材料 / 高分子化学

  • ナノテク・材料 / ナノ構造化学

  • ナノテク・材料 / 機能物性化学

学歴

  • 東北大学   大学院理学研究科   化学専攻

    1994年4月 - 1996年9月

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    備考: 博士課程後期

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  • 東北大学   大学院理学研究科   化学専攻

    1992年4月 - 1994年3月

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    備考: 博士課程前期

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  • 東北大学   理学部   化学第二学科

    1988年4月 - 1992年3月

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経歴

  • 東京科学大学   総合研究院, 化学生命科学研究所   教授

    2024年10月 - 現在

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  • 東京科学大学   総合研究院, 自律システム材料学研究センター   センター長

    2024年10月 - 現在

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  • 日本学術会議, 会員(第三部)

    2023年10月 - 現在

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  • 科学技術振興機構(JST)ACT-X研究領域「トランススケールな理解で切り拓く革新的マテリアル」   領域アドバイザー

    2023年5月 - 現在

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  • 科学技術振興機構(JST)創発的研究支援事業   パネルオフィサー(創発PO)

    2022年4月 - 現在

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  • 科学技術振興機構(JST)創発的研究支援事業   アドバイザー(創発AD)

    2020年9月 - 2022年3月

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  • 東京工業大学   科学技術創成研究院 化学生命科学研究所   教授

    2016年4月 - 2024年9月

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  • 東京工業大学 資源化学研究所 無機資源部門 教授

    2010年12月 - 2016年3月

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  • 理化学研究所 基幹研究所* 機能性ソフトマテリアル研究グループ エネルギー変換研究チーム チームリーダー(常勤) (*平成20年 4月1日 フロンティア研究システムから改組)

    2007年10月 - 2010年11月

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  • 東京大学   大学院工学系研究科 化学生命工学専攻   特任助教授(委嘱)

    2006年5月 - 2007年3月

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  • 科学技術振興機構 ERATO相田ナノ空間プロジェクト グループリーダー

    2004年1月 - 2007年9月

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  • 科学技術振興機構 ERATO相田ナノ空間プロジェクト 研究員

    2001年4月 - 2003年12月

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  • 東北大学大学院理学研究科化学専攻助手

    1996年10月 - 2001年3月

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  • 日本学術振興会 特別研究員

    1995年4月 - 1996年9月

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所属学協会

委員歴

  • 科学技術振興機構(JST)研究開発戦略センター 第2マテリアル分野委員会   委員  

    2024年4月 - 現在   

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    団体区分:政府

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  • 大学連携ネットワーク   委員  

    2022年4月 - 現在   

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    団体区分:学協会

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  • 分子科学研究所 極端紫外光施設(UVSOR)運営委員会   委員  

    2020年4月 - 2024年3月   

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    団体区分:学協会

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  • 日本中性子科学会 中性子科学推進委員会   委員  

    2020年4月 - 2024年3月   

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    団体区分:学協会

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  • 大学連携ネットワーク   西関東・甲斐地区 地区委員長  

    2018年4月 - 2022年3月   

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    団体区分:学協会

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論文

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MISC

  • プロペラ型分子の自己集合により形成される剥離可能なキンヒドロン型二次元集合体の構造と性質

    敦賀柊太, 敦賀柊太, 竹原陵介, 竹原陵介, 竹原陵介, 庄子良晃, 庄子良晃, 庄子良晃, 矢澤宏次, 原野幸治, 福島孝典, 福島孝典, 福島孝典

    分子科学討論会講演プログラム&要旨(Web)   19th   2025年

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  • 強い2次元水素結合ネットワークを有するホウ酸単結晶の熱輸送特性

    竹原陵介, 久保夏葵, 劉芽久哉, 森川淳子, 芥川智行, 福島孝典

    応用物理学会秋季学術講演会講演予稿集(CD-ROM)   85th   2024年

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  • 双極性分子ローターユニットの二次元集積化と動的挙動

    小川竹次郎, 石割文崇, 竹原陵介, 庄子良晃, 梶谷孝, 笹川崇男, 矢澤宏次, 福島孝典

    日本化学会春季年会講演予稿集(Web)   104th   2024年

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  • 強い水素結合ネットワークを有するホウ酸単結晶の熱輸送特性評価

    久保夏葵, 竹原陵介, 劉芽久哉, 森川淳子, 芥川智行, 福島孝典

    応用物理学会秋季学術講演会講演予稿集(CD-ROM)   84th   2023年

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  • 単分子膜における分子構造と熱伝導性

    藤井慎太郎, 庄子良晃, 福島孝典, 西野智昭

    応用物理学会秋季学術講演会講演予稿集(CD-ROM)   84th   2023年

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  • トリプチセン超分子足場を用いた分子ロータユニットの二次元集積化と動的挙動

    小川竹次郎, 小川竹次郎, 石割文崇, 石割文崇, 竹原陵介, 竹原陵介, 庄子良晃, 庄子良晃, 笹川崇男, 矢澤宏次, 福島孝典, 福島孝典

    基礎有機化学討論会要旨集   33rd (CD-ROM)   2023年

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  • 単一分子接合のクロミズムと熱電能

    藤井慎太郎, 庄子良晃, 福島孝典, 西野智昭

    応用物理学会春季学術講演会講演予稿集(CD-ROM)   69th   2022年

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  • 自己組織化単分子膜上の温度場計測

    藤井慎太郎, 庄子良晃, 福島孝典, 西野智昭

    応用物理学会秋季学術講演会講演予稿集(CD-ROM)   82nd   2021年

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  • 三脚型トリプチセンを利用した単分子ダイオードの開発

    藤井慎太郎, 石割文崇, 小本祐貴, SU Lixinzhu, 山形悠斗, 小阪敦子, 相場諒, 西野智昭, 福島孝典, 木口学

    応用物理学会秋季学術講演会講演予稿集(CD-ROM)   81st   2020年

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  • メカノクロミック分子接合の伝導特性

    藤井慎太郎, 小池将人, 木口学, 庄子良晃, 福島孝典

    日本化学会春季年会講演予稿集(CD-ROM)   96th   2016年

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  • Simple and Strong ジアリールボリニウムイオンの開発 : 「超ルイス酸分子化学」の開拓へ向けて

    庄子 良晃, 田中 直樹, 福島 孝典

    化学 = Chemistry   69 ( 11 )   38 - 42   2014年11月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:化学同人  

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  • 24aCF-7 分子接合されたHBC-C_<60>の電荷ダイナミクス(24aCF 光物性,領域7(分子性固体・有機導体))

    伊藤 港, 上岡 隼人, 山本 洋平, 福島 孝典, 相田 卓三, 守友 浩

    日本物理学会講演概要集   67 ( 1 )   871 - 871   2012年3月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:一般社団法人日本物理学会  

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  • カーボン系超分子ポリマーの現状と展望

    福島 孝典, 山本 洋平

    高分子   60 ( 7 )   449 - 452   2011年7月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:高分子学会  

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  • 28pTH-10 貴金属単結晶表面におけるTCNQ誘導体単分子膜の構造及び電子状態のSTM観察(28pTH 表面界面構造(金属),領域9(表面・界面,結晶成長))

    今井 みやび, 金 柱亨, 鄭 戴勲, 本林 健太, 太田 英輔, 砂 有紀, 福島 孝典, 相田 卓三, 金 有洙, 川合 眞紀

    日本物理学会講演概要集   66 ( 1 )   950 - 950   2011年3月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:一般社団法人日本物理学会  

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  • ディスク状分子の自己集積による電子活性ナノチューブの構築

    山本 洋平, 福島 孝典

    液晶 : 日本液晶学会誌 = Ekisho   12 ( 4 )   279 - 286   2008年10月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本液晶学会事務局  

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  • ヘキサベンゾコロネン自己組織化ナノチューブの形成に重要な構造因子の解明

    JIN Wusong, 山本洋平, 福島孝典, 石井則行, KIM Jungeun, 加藤健一, 高田昌樹, 相田卓三

    高分子学会予稿集(CD-ROM)   57 ( 2 Disk1 )   3PB028   2008年9月

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    記述言語:日本語  

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  • フラーレン‐ヘキサベンゾコロネン同軸ナノチューブにおける両極性電荷輸送特性

    山本洋平, 福島孝典, ZHANG Guanxin, JIN Wusong, 石井則行, 佐伯昭紀, 関修平, 田川精一, 三成剛生, 塚越一仁, 相田卓三

    高分子学会予稿集(CD-ROM)   57 ( 2 Disk1 )   3R10   2008年9月

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    記述言語:日本語  

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  • 20pTC-1 フルオレンポリマーにより孤立分散されたカーボンナノチューブの蛍光励起分光(20pTC ナノチューブII,領域7(分子性固体・有機導体))

    村上 陽一, 福島 孝典, 大久保 達也, 丸山 茂夫

    日本物理学会講演概要集   63 ( 2 )   735 - 735   2008年8月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:一般社団法人日本物理学会  

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  • フラーレンおよびヘキサベンゾコロネン分子層がヘテロ接合した同軸ナノチューブにおける電荷輸送特性

    山本洋平, 福島孝典, ZHANG Guanxin, JIN Wusong, 石井則行, 佐伯昭紀, 関修平, 田川精一, 三成剛生, 塚越一仁, 相田卓三

    高分子学会予稿集(CD-ROM)   57 ( 1 Disk1 )   2PB120   2008年5月

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    記述言語:日本語  

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  • 鋳型分子の設計による機能性メソポーラスシリカの開拓

    岡部 晃博, 福島 孝典, 相田 卓三

    触媒 = Catalysts & Catalysis   50 ( 3 )   264 - 269   2008年4月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:触媒学会  

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  • カーボンナノチューブ・イオン液体ゲルを用いた高分子アクチュエータ

    安積 欣志, 福島 孝典, 相田 卓三

    化学と工業 = Chemistry and chemical industry   60 ( 4 )   436 - 439   2007年4月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本化学会  

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  • 自己組織化によるナノサイズの光電導性同軸ケーブルの開発

    山本 洋平, 福島 孝典, 相田 卓三

    マテリアルステージ   7 ( 1 )   89 - 93   2007年4月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:技術情報協会  

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  • ヘキサベンゾコロネン誘導体の自己集合化による片方巻きナノコイルの生成

    山本 拓矢, 福島 孝典, 山本 洋平, 小阪 敦子, 金 武松, 石井 則行, 相田 卓三

    基礎有機化学討論会要旨集(基礎有機化学連合討論会予稿集)   37 ( 0 )   98 - 98   2007年

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:基礎有機化学会(基礎有機化学連合討論会)  

    最近我々は、側鎖末端にノルボルネンを有するヘキサベンゾコロネン(HBC)誘導体1の自己組織化を検討した結果、ナノコイルが生成することを見出した。今回、ナノコイルのラセン巻き方向の制御を目的に、側鎖にキラリティーを有する新規HBC誘導体2を設計しその自己組織化について検討した。しかし、2のみの自己組織化では、種々の条件下でも専らナノチューブのみが生成し、コイル状構造体は得られなかった。ところが、1の存在下で2の自己組織化を行ったところ、それらのモル比により形成するナノ構造体の形態とラセンキラリティーが同時に制御され、20から50 mol%の範囲で2を用いると片方巻きのナノコイルが定量的に生成することを見出した。

    DOI: 10.11494/kisoyuki.37.0.98.0

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  • 125 カーボンナノチューブとイオン液体からなる高分子アクチュエータの応答性能(知的材料・構造システム)

    安積 欣志, 清原 健司, 杉野 卓司, 向 健, 小川 由紀子, 小阪 敦子, 福島 孝典, 相田 卓三

    機械材料・材料加工技術講演会講演論文集   2006 ( 14 )   61 - 62   2006年11月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:一般社団法人日本機械学会  

    We have reported a novel low-voltage driven dry polymer actuators based on single-walled carbon nanotube gels (bucky gels) of ionic liquids. The actuator has a bimorph structure composed of polymer-supported bucky gel electrodes and a polymer-supported ionic-gel electrolyte. In order to improve the performance of the actuator, we further explored the relations between the structure of the actuator film and its performace. Herein we report details of improved response of our bucky gel actuator.

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  • ヘキサベンゾコロネン誘導体の自己集合化によるラセンナノコイルの生成と不斉増幅現象

    山本拓矢, 福島孝典, JIN Wusong, 石井則行, 相田卓三

    高分子学会予稿集(CD-ROM)   55 ( 2 Disk1 )   2E01   2006年9月

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    記述言語:日本語  

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  • ORGN 348-Molecular design and functions of graphitic nanotubes

    Takuzo Aida, Takanori Fukushima

    ABSTRACTS OF PAPERS OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY   232   2006年9月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究発表ペーパー・要旨(国際会議)  

    Web of Science

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  • 超分子・自己組織型高分子--カーボンナノ材料を中心として (有機特集 精密高分子合成)

    山本 洋平, 福島 孝典, 相田 卓三

    未来材料   6 ( 8 )   60 - 66   2006年8月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:エヌ・ティー・エス  

    CiNii Books

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  • フッ素官能基で被覆されたヘキサベンゾコロネンナノチューブ

    JIN Wusong, 福島孝典, 砂有紀, 石井則行, 相田卓三

    日本化学会講演予稿集   86th ( 2 )   1234   2006年3月

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    記述言語:日本語  

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  • 可逆な光二量化反応を利用したヘキサベンゾコロネンナノチューブの表面重合と脱重合

    本柳仁, 福島孝典, 石井則行, 相田卓三

    日本化学会講演予稿集   86th ( 2 )   1312   2006年3月

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    記述言語:日本語  

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  • クウランエーテルを親水部とする双頭型両親媒性ヘキサベンゾコロネンの自己集合化:疑似グラファイト構造でできた二分子膜ベシクルの生成と性質

    福島孝典, JIN Wusong, 小阪敦子, 石井則行, 相田卓三

    日本化学会講演予稿集   86th ( 1 )   426   2006年3月

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    記述言語:日本語  

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  • 両親媒性ヘキサベンゾコロネンを側鎖に有するポリノルボルネンの自己組織化によるナノコイルの形成

    山本拓矢, 福島孝典, JIN Wusong, 砂有紀, 石井則行, 相田卓三

    日本化学会講演予稿集   86th ( 2 )   1308   2006年3月

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    記述言語:日本語  

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  • 電子受容体を側鎖末端に有する両親媒性ヘキサベンゾコロネン誘導体の自己組織化と光伝導特性

    山本洋平, 福島孝典, 砂有紀, 石井則行, 相田卓三

    日本化学会講演予稿集   86th ( 2 )   1312   2006年3月

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    記述言語:日本語  

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  • ヘキサベンゾコロネンナノチューブの電子状態の磁気共鳴法による考察

    原俊文, 古川貢, 古川貢, 中村敏和, 中村敏和, 山本洋平, 小阪敦子, JIN Wusong, 福島孝典, 福島孝典, 相田卓三, 相田卓三

    電子スピンサイエンス学会年会講演要旨集   45th   2006年

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  • Self-assembly of hexabenzocoronene-trinitrofluorenone dyad: Nanoscopic compartmentalization of electron donors and acceptors and the photoconducting properties 査読

    Yohei Yamamoto, Takanori Fukushima, Takanori Fukushima, Yuki Suna, Noriyuki Ishii, Takuzo Aida, Takuzo Aida

    Polymer Preprints, Japan   55 ( 2 )   4753 - 4754   2006年

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  • Patterning of conductive organic nanotubes 査読

    Jin Motoyanagi, Takanori Fukushima, Takanori Fukushima, Atsuko Kosaka, Noriyuki Ishii, Takuzo Aida, Takuzo Aida

    Polymer Preprints, Japan   55 ( 2 )   4767 - 4768   2006年

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  • Water dispersible graphitic nanotubes with an anion binding capability 査読

    Wusong Jin, Guanxin Zhang, Takanori Fukushima, Takanori Fukushima, Noriyuki Ishii, Takuzo Aida, Takuzo Aida

    Polymer Preprints, Japan   55 ( 2 )   5091 - 5092   2006年

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  • Self-assembly of a crown ether-appended gemini-shaped hexabenzocoronene derivative 査読

    Takanori Fukushima, Wusong Jin, Atsuko Kosaka, Noriyuki Ishii, Takuzo Aida

    Polymer Preprints, Japan   55 ( 1 )   259   2006年

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  • Induction of helical chirality in the formation of helical nanocoils derived from hexabenzocoronenes 査読

    Takuya Yamamoto, Takanori Fukushima, Takanori Fukushima, Wusong Jin, Noriyuki Ishii, Takuzo Aida, Takuzo Aida

    Polymer Preprints, Japan   55 ( 2 )   2691 - 2692   2006年

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  • Photoconductive hexabenzocoronene supramoplecular nanotubes 査読

    Yohei Yamamoto, Takanori Fukushima, Yuki Suna, Noriyuki Ishii, Akinori Saeki, Shu Seki, Sciichi Tagawa, Takuzo Aida

    Polymer Preprints, Japan   55 ( 1 )   1515   2006年

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  • プリンタブル高分子アクチュエータ材料の開発

    安積 欣志, 福島 孝典, 相田 卓三

    未来材料   5 ( 10 )   14 - 19   2005年10月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:エヌ・ティー・エス  

    CiNii Books

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  • ADMETが誘起する分子ナノチューブ形成

    福島孝典, JIN Wusong, 小阪敦子, 仁木真紀子, 石井則行, 相田卓三

    日本化学会講演予稿集   85th ( 1 )   230   2005年3月

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    記述言語:日本語  

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  • Self-assembled graphitic nanotubes from chiral hexa-peri-hexabenzocoronenes.

    WS Jin, T Fukushima, M Niki, A Kosaka, N Ishii, T Aida

    ABSTRACTS OF PAPERS OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY   229   U544 - U544   2005年3月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究発表ペーパー・要旨(国際会議)  

    Web of Science

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  • Fabrication of graphitic nanotubes with fluorine surface 査読

    Wusong Jin, Takanori Fukushima, Atsuko Kosaka, Noriyuki Ishii, Takuzo Aida

    Polymer Preprints, Japan   54 ( 2 )   2651   2005年

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  • Electroconductive nanotubes from molecular graphenes 査読

    Takanori Fukushima, Wusong Jin, Atsuko Kosaka, Yohei Yamamoto, Noriyuki Ishii, Takuzo Aida, Takuzo Aida

    Polymer Preprints, Japan   54 ( 2 )   4795 - 4796   2005年

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  • Fabrication of graphitic nanotubes with one-handed helix sense 査読

    Wusong Jin, Takanori Fukushima, Makiko Niki, Atsuko Kosaka, Noriyuki Ishii, Takuzo Aida

    Polymer Preprints, Japan   54 ( 1 )   460   2005年

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  • Self-assembly of thioacetate-substituted amphiphilic hexabenzocoronene: Reversible cross-linking of nanotube surface 査読

    Jin Motoyanagi, Takanori Fukushima, P. Hill, Atsuko Kosaka, Noriyuki Ishii, Takuzo Aida, Takuzo Aida

    Polymer Preprints, Japan   54 ( 1 )   465   2005年

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  • Self-assembled nanotube from amphiphilic hexa-perl-hexabenzocoronenes with cross-linkable functionalities: Reversible bond formation/cleavage on the nanotubular surface 査読

    Jin Motoyanagi, Takanori Fukushima, Atsuko Kosaka, Noriyuki Ishii, Takuzo Aida, Takuzo Aida

    Polymer Preprints, Japan   54 ( 2 )   3998 - 3999   2005年

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  • SC-7-5 メソポーラスシリカ透明フィルムの超分子機能 : ナノ空間における不斉光応答、電荷移動錯体形成など

    有賀 克彦, 岡部 晃博, 相宮 拓司, 張 慶敏, 福島 孝典, 相田 卓三

    電子情報通信学会ソサイエティ大会講演論文集   2003 ( 2 )   "S - 33"-"S-34"   2003年9月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:一般社団法人電子情報通信学会  

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  • バイモーダル型細孔構造を持つ高安定性メソポーラスシリカ担体

    岡部 晃博, 福島 孝典, 有賀 克彦, 仁木 真紀子, 相宮 拓司, 相田 卓三

    触媒 = Catalysts & Catalysis   45 ( 6 )   454 - 456   2003年9月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:触媒学会  

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  • 新規カーボンナノチューブゲル

    福島孝典, 小阪敦子, 相田卓三, 石村陽二, 山本崇, 瀧川敏算, 石井則行

    日本化学会講演予稿集   83rd ( 1 )   491   2003年3月

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    記述言語:日本語  

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受賞

  • 高分子学会賞

    2021年3月   精密分子集積化による機能性ソフトマテリアルの創製

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  • 科学技術分野の文部科学大臣表彰 科学技術賞

    2020年4月   ナノとマクロを繋ぐ分子技術に関する先駆的研究

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  • 手島精一記念研究賞(研究論文賞)

    2020年2月  

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  • 第42回応用物理学会優秀論文賞

    2020年  

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  • 第38回応用物理学会優秀論文賞

    2016年  

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  • 手島精一記念研究賞(研究論文賞)

    2015年  

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  • 平成24年度 長瀬研究振興賞

    2012年  

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  • 第5回アジア最先端有機化学国際会議,Asian Core Program Lectureship Award (香港)

    2010年  

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  • 科学技術分野の文部科学大臣表彰 若手科学者賞

    2008年4月   パイ電子系ナノ材料の研究

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  • 高分子学会Wiley賞

    2005年   パイ電子系超分子・高分子材料の創成

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共同研究・競争的資金等の研究課題

  • スマネン科学3.0: 曲面系独自の電子系と機能の創製

    研究課題/領域番号:24H00460  2024年4月 - 2028年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(A)

    櫻井 英博, 福原 学, 燒山 佑美, 福島 孝典

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    配分額:47710000円 ( 直接経費:36700000円 、 間接経費:11010000円 )

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  • 2次元性を基盤とするソフトマテリアルサイエンスの開拓

    研究課題/領域番号:21H05024  2021年7月 - 2026年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(S)

    福島 孝典, 庄子 良晃, 梶谷 孝, 福井 智也, 竹原 陵介, 渡辺 豪

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    配分額:181740000円 ( 直接経費:139800000円 、 間接経費:41940000円 )

    初年度である令和3年度は、2次元入れ子状ハニカム構造への集合化を強力に誘起する三脚型トリプチセンを基本ユニットとし、π電子系分子、高分子、金属イオンなどを組み込むことで、多様な機能を付与した2次元分子集合体の創製に取り組んだ。また、自発的な2次元構造形成を可能にする分子ライブラリの拡充を図った。具体的成果を以下に記載する。
    (1) 三脚型トリプチセンとπ電子系分子との複合化:優れた光電子特性を示すアセン類(アントラセンおよびペンタセン)に2つの三脚型トリプチセンユニットを導入したサンドイッチ型二量体を合成し、その自己集合により、アセン類単独では形成しない2次元集合体を構築することに成功した。(2) 三脚型トリプチセンと高分子との複合化:汎用高分子の側鎖への導入による機械的特性の劇的向上、液体ポリマーの両末端への導入による熱可塑性プラスチック化、下限臨界溶液温度特性を示す高分子との複合化による集合構造制御などを達成した。また、反応性官能基を面選択的に導入した三脚型トリプチセン誘導体を用い、高秩序な固相重合膜を合成することに成功した。(3) 三脚型トリプチセンを剛直な多座配位子として用い、巨大な亜鉛酸化物およびマンガン酸化物クラスターのサイズ・形状選択的合成を達成した。(4) 様々な固体基板表面で自己組織化単分子膜を形成可能な新規三脚型トリプチセン誘導体を開発した。(5) 分子ライブラリの拡充:高電子受容性プロペラ分子、スピンを有するプロペラ型遷移金属錯体、双極性回転子を導入したヘキサアリールベンゼン誘導体などを新たに開発した。
    上記成果に加え、2次元分子集合体の表面特性を評価するための新たな計測技術の開発に成功するとももに、2次元分子集合体を与えるビルディングブロックの設計指針の確立へ向けた分子動力学シミュレーションに着手するなど、多角的かつ多面的に研究を推進した。

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  • 2次元有機構造体の精密設計と機能開拓

    研究課題/領域番号:21H04690  2021年4月 - 2022年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(A)

    福島 孝典, 梶谷 孝, 庄子 良晃, 福井 智也

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    配分額:42510000円 ( 直接経費:32700000円 、 間接経費:9810000円 )

    本研究では、申請者らが独自に開発した、2次元入れ子状ハニカム構造への集合化を強力に誘起する「三枚羽プロペラ型分子(三脚型トリプチセン)」を2次元超分子足場として利用するアプローチにより、種々の官能基や機能団を、固体表面上の単分子膜、「2次元ハニカム+1次元積層」構造を特徴とする多層膜、あるいは、バルクな結晶や高分子集合体などの形態へと精密に集積化することで、多様な次元性と機能を有する物質群の開発に取り組んだ。
    単・多層有機薄膜の開発:三脚型トリプチセンに対して、一方の面に固体表面への吸着性官能基、その反対側に種々の官能基または機能団を面選択的に導入した新規誘導体の合成法を開発した。これにより、官能基が固体表面上で規則的かつ高密度・高配向で2次元集積化した自己組織化単分子膜(SAM)を構築するための技術基盤を確立した。具体例として、シアノ基とチオール基を面選択的に導入した誘導体により、金(111)表面上でシアノ基が完全垂直配向して規則的に並んだSAMを作製したところ、大きな双極子をもつCN基の2次元集積化により金(111)基板の仕事関数が顕著に増大することを見いだした。また、Huisgen付加環化反応を示す2種類の官能基を面選択的に導入した三脚型トリプチセンの配向多層膜は、加熱により「2次元+1次元」の構造規則性を保持したまま重合反応が進行し、構造規則性と化学安定性が高い薄膜を与えることを見いだした。
    自己集合性高分子の開発:三脚型トリプチセンを主鎖骨格に有する高分子が、トリプチセン部位の2次元集合化により長周期のラメラ構造へと自己集合することを見いだした。この特異な構造化により高分子の粘弾性が飛躍的に向上することも明らかにし、汎用高分子の物性改善の新手法を提示した。
    上記に加え、2次元集合化を示す新たな分子モチーフの開発や、ナノ薄膜の新しい表面構造解析手法の開発に成功した。

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  • 高密度共役の科学:電子共役概念の変革と電子物性をつなぐ

    研究課題/領域番号:20H05862  2020年11月 - 2025年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  学術変革領域研究(A)

    関 修平, 熊井 玲児, 橋本 顕一郎, 瀧宮 和男, 忍久保 洋, 芥川 智行, 久保 孝史, 酒巻 大輔, 竹内 正之, 福島 孝典, 竹延 大志, 深澤 愛子, 松田 建児, 前田 大光, 須田 理行, 畠山 琢次

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    配分額:313170000円 ( 直接経費:240900000円 、 間接経費:72270000円 )

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  • 高度に組織化された高密度共役分子集積体の光・電子機能

    研究課題/領域番号:20H05868  2020年11月 - 2025年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  学術変革領域研究(A)

    松田 建児, 福島 孝典, 渡邉 峻一郎, 竹内 正之

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    配分額:186030000円 ( 直接経費:143100000円 、 間接経費:42930000円 )

    優れたキラル光学特性を示すヘリセン誘導体を目指し、磁気遷移が大きくかつ部分的に電気許容となるような遷移を示す[7]ヘリセン誘導体を合成し、高い蛍光量子収率と高い円偏光発光非対称因子の両立を達成した。また、D2対称性を持つ分子の電気遷移と磁気遷移の方向が全ての遷移で平行(反平行)になるという、群論に基づく知見に着目し、[5]ヘリセンをフェニレン架橋により二量化した8の字型ヘリセン二量体を合成し、高い円偏光発光非対称因子を達成した。
    らせん状ナノグラフェン分子の分子機能の解明を目的として、UDFT計算を用いて交換相互作用の減衰定数に基づく電子輸送特性について検討を行い、π拡張ヘリセンが、らせん骨格のオレフィン様の電子構造に起因して、優れた分子ワイヤとして知られるリレンに匹敵する電子輸送特性を持つ可能性を理論的に予測した。また、熱的に安定ならせんキラリティーを有する近赤外発光色素を目指し、テトラベンゾ[7]ヘリセンの合成を行い、この化合物が近赤外領域で幅広い蛍光を示す、キラル発光材料として働くことを示した。
    特異な高密度集合化能を示すプロペラ分子を用いた設計戦略を展開し、汎用ポリマーの側鎖官能基化による機械特性の劇的向上、巨大金属酸化物クラスターのサイズ・形状選択的合成、反応性官能基を面選択的に導入した誘導体による高い構造規則を有する固相重合膜の開発などを達成した。また、新たな高密度共役分子集合体の創製へ向けたビルディングブロックとして、高電子受容性プロペラ分子、双極性回転子を導入したヘキサアリールベンゼン誘導体などを開発した。
    距離と配向が制限された多層型共役系オリゴマーを2量体から5量体まで新規に合成し、その酸化還元特性、温度応答性を明らかとした。

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  • 前例なき構造特性を持つ新奇ラダーポリマー類の開発と物性研究および機能開拓

    研究課題/領域番号:20H02784  2020年4月 - 2023年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    石割 文崇, 福島 孝典

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    配分額:17940000円 ( 直接経費:13800000円 、 間接経費:4140000円 )

    新しい構造特性を持つポリマーの創成は、材料科学を中心に様々な分野に大きなインパクトを与える可能性がある。研究代表者はこれまでに、通常のポリマーと比べてより高次な構造要素を持つラダーポリマーの合成法の開拓に注力してきた。本研究では、(1)配座柔軟性ジアザシクロオクタン(DACO)含有ラダーポリマーに関する継続的研究に加え、(2)脈動運動を実現する片方巻らせん状ラダーポリマー、(3)二面性ラダーポリマーと言った、これまで考案すらされていなかった独創的かつ前例無き構造特性のラダーポリマーを世界に先駆けて開発し、それらの物性研究・機能開拓を行う。2021年度は上記(1)~(3)の3つの研究項目に関して下記のような成果が得られている。
    (1) DACO含有ラダーポリマーの物性研究: N上にアシル基を有するDACO含有ラダーポリマーの合成法を新たに開発した。温度可変NMRおよびDFT計算よりそのDACO環の環反転挙動を調査したところ、これまでに合成してきたN-アルキルDACOよりも環反転に高い活性化エネルギーを有し、遅い環反転挙動になっていることがわかった。現在、固体状態における諸物性について調査中である。これ以外にもN上に酢酸基を有するDACOが弱塩基性水溶液により、室温下で瞬時に定量的に脱炭酸を進行させるという特異な反応性も見出した。
    (2) 脈動らせん状ラダーポリマー:屈曲構造を有するC2キラルなモノマーのエナンチオピュア体からのラダー化重合と、その後の誘導化反応に成功しており、今後、その物性について調査する予定である。
    (3)二面性ラダーポリマー:二面性構造を有するC2キラルなモノマーのエナンチオピュア体からのラダー化重合と、その後の誘導化反応に成功しており、今後、その物性について調査する予定である。

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  • スマネン科学2.0:基礎化学から材料科学へ

    研究課題/領域番号:19H00912  2019年4月 - 2024年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(A)

    櫻井 英博, 燒山 佑美, 福島 孝典, 岸 亮平, 中野 雅由

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    配分額:45760000円 ( 直接経費:35200000円 、 間接経費:10560000円 )

    本研究では、フラーレンの部分構造に相当する、お椀型湾曲芳香族化合物「スマネン」をモチーフとして、そのユニークな性質、および集合体構造の特徴を生かし、真に日本独自のマテリアルとして成長させるための発展研究を行う。4つのテーマに対して、それぞれ簡潔に成果を記す。
    ①新たな一重項励起子分裂系分子に関しては、単量体に関する基礎的な物性の測定を完了し、現在論文を投稿中である。溶液中での挙動を確認するためには2量体の合成が有効であるが、アセンの鍵中間体となるベンゾキノン誘導体についての2量体、および3量体の合成に成功した。今後、これらをアセン誘導体へ反感することが目標となる。
    ②スマネンをメソゲンとする液晶分子候補の探索中、単純なアルコキシメチル基をスマネン芳香環上へ6カ所導入した誘導体に関して、C=4(すなわちC, Oを加えると枝の長さは6原子)の段階で既に液晶性を発現することを見出した。これはこれまでで最も枝長の短い液晶分子であり、さらなる官能基変換も容易であることが予想されることから、有用なモチーフになることが期待される。さらに一炭素短い分子は結晶性を示すことから、この結晶構造を明らかにすることも次の目標である。
    ③フッ素置換スマネン誘導体を各種合成し、そのうちジフルオロスマネン単結晶が誘電応答挙動を示すことを見出した。各種測定の結果、カラム状にスタックしたお椀のin plane方向にお椀が揺らぐ現象に由来することを明らかにした。これは、お椀のConcave-Convex間の摩擦が小さいことに起因していると考えられることから、分子設計によりさらなる特性の向上が見込まれる。
    ④アザホモスマネンの簡便な合成法を見出した。この結果、一重項励起子分裂系分子の新たなモチーフに対する合成ルートが大幅に簡略化されることが期待される。

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  • π造形科学:電子と構造のダイナミズム制御による新機能創出

    研究課題/領域番号:19H05446  2019年4月 - 2020年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  新学術領域研究(研究領域提案型)

    福島 孝典, 櫻井 英博, 芥川 智行, 矢貝 史樹

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    配分額:3900000円 ( 直接経費:3000000円 、 間接経費:900000円 )

    本研究では、平成26~30年度の期間に実施された新学術領域研究「π造形科学:電子と構造のダイナミズム制御による新機能創出(略称名:π造形科学)」の活動を取りまとめた。当該領域では、有機機能物質における新機能創出ならびに新現象発掘を目的として掲げ、構造美を分子・分子集合体の設計原理に取り入れ、かつπ電子系のダイナミズムを引き出す新たな物質創製戦略に基づき研究を展開した。また、参画研究者による卓越した個人研究・領域内共同研究に加えて、領域外研究者との共同研究、国際共同研究、若手育成、アウトリーチ活動においても数々の新しい取り組みを実施してきた。これらの取り組みを通じて得られた成果を収集するとともに、当該領域成果の学術的および社会的意義を総括し、事後評価報告書として取りまとめた。その際、独自に設けた6つの評価項目(1. 学理構築のシーズ; 2. 我が国の研究力強化につながる取り組みと成果; 3. 見出された新機能・新現象;4. 若手育成; 5. 国際活動; 6. 社会貢献)に照らし合わせて、当該領域活動がいずれの評価項目においても特筆すべき成果を挙げたことを示した。その結果、当該領域は令和元年度新学術領域研究(研究領域提案型)に係る事後評価において「A+(研究領域の設定目的に照らして、期待以上の成果があった)」の評価を受けた(https://www.mext.go.jp/content/000003096_04.pdf)。

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  • シングルドメインソフトマターが拓く新構造と物性に関する研究

    研究課題/領域番号:17H01034  2017年4月 - 2021年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(A)

    福島 孝典, 尾原 幸治, 梶谷 孝

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    配分額:43940000円 ( 直接経費:33800000円 、 間接経費:10140000円 )

    分子凝縮相に関する既存概念では説明できない性質を示す構造、相挙動、および分子集団運動を示す、複数の新たなソフトマターを発見した。特に、加熱溶融して冷却するだけで、液滴のような形状でありながら単結晶様構造を形成し、見かけ上三次元構造規則性を保持したまま流動するキラル分子集合体を見いだし、さらに分子のキラリティーと集団運動の相関に関する新知見も得た。分子自己集合場の開発においては、音波浮遊装置を開発し、これを用いた分子集合場の設計により、液晶や高分子をミリメートルサイズのシングルドメイン構造体へと集積化する方法論を確立した。この音波浮遊場は新たな化学反応場としても有効に活用できることも見いだした。

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  • π-HUB:π造形を支える分子設計のための集約拠点形成活動

    研究課題/領域番号:15K21721  2015年11月 - 2020年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  新学術領域研究(研究領域提案型)

    福島 孝典, 櫻井 英博, 忍久保 洋, 芥川 智行, 矢貝 史樹, 関 修平, 竹延 大志, 足立 伸一, 杉本 学, 斎藤 雅一, 竹内 正之, 木口 学, 佐々木 成朗, 多田 朋史

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    配分額:57330000円 ( 直接経費:44100000円 、 間接経費:13230000円 )

    本研究では、新学術領域「π造形科学」の計画研究者による国際活動支援班を組織し、我が国に国際共同研究ネットワークの集約拠点「π-Hub」を形成するための国際共同研究支援を実施した。領域内研究者による個々の国際共同研究に対しては、海外研究者の招聘および領域内研究者の海外研究機関への短期滞在を支援し、活発な研究交流の強化を図った。また、本領域独自の施策として海外遠征型の国際シンポジウム開催を企画・支援した。これらの取り組みを通じて、計17カ国、40の海外研究機関との共同研究が実施され、緊密かつ強固なπ-Hubネットワークを構築した。

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  • π造形科学: 電子と構造のダイナミズム制御による新機能創出

    研究課題/領域番号:26102001  2014年7月 - 2019年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  新学術領域研究(研究領域提案型)

    福島 孝典, 櫻井 英博, 芥川 智行, 矢貝 史樹

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    配分額:111280000円 ( 直接経費:85600000円 、 間接経費:25680000円 )

    本新学術領域において、総括班は、計画研究と公募研究を総括し、分野間をシームレスにつなぐ真の融合連携を支援するとともに、学術水準の強化、人材育成を牽引した。具体的には、企画・運営グループ、若手研究会グループ、広報・連携支援グループを設け、国内外シンポジウム、合宿形式での領域全体会議、若手研究会、コロキウムなどの多岐にわたる研究推進、支援活動を行った。評価グループを設け、学術水準向上や若手育成に関する評価と助言を運営に反映させた。アウトリーチ活動として、雑誌「現代化学」への記事掲載を毎月行った。「π造形スクール」を開設し、領域内外の研究グループからの学生・研究者との交流と若手育成の支援を行った。

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  • 大規模分子集積化による巨視的π造形システム

    研究課題/領域番号:26102008  2014年7月 - 2019年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  新学術領域研究(研究領域提案型)

    福島 孝典, 庄子 良晃, 石割 文崇, 梶谷 孝, 梶谷 孝

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    配分額:109330000円 ( 直接経費:84100000円 、 間接経費:25230000円 )

    大規模分子集積化によるπシステム造形を目指した本研究を通じて、数ミリ~センチメートルスケールの超長距離構造秩序を発現する三種類のシステムを見出した。これらに関する詳細な検討から、配向が完全に制御された有機薄膜の創製と応用、単結晶様の三次元構造秩序を有しつつ流動性も示すという物質の発見、キラリティーにより制御される分子のマクロスコピックな集団運動の実証、新しい構造形態を有しかつ構造秩序の次元性を損なわずに相転移する物質の発見、強磁場による反磁性ソフトマター相図の書き換え現象の発見など、数々の顕著な成果が得られた。ワンポット合成により、巨大なπ電子系分子システムを構築する新反応も見出した。

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  • π造形科学: 電子と構造のダイナミズム制御による新機能創出

    研究課題/領域番号:2601  2014年7月 - 2019年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  新学術領域研究(研究領域提案型)

    福島 孝典

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  • 縮環マロナミドの配座キラリティー制御に基づく次元制御型キラル集合体の構築と応用

    研究課題/領域番号:26620035  2014年4月 - 2017年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  挑戦的萌芽研究

    河合 英敏, 福島 孝典, 田所 誠, 小野 公輔

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    配分額:3770000円 ( 直接経費:2900000円 、 間接経費:870000円 )

    2,2-インダンジカルボキサミド類はアミド基間の水素結合形成により強固な二次元シート構造へ集合する。本研究ではその縮環部にキラル構造を導入することでマロナミド部の配座キラリティーを一方に偏らせ、水素結合様式を制限することでシート間やチューブ構造に包接空間を創出することを目的とした。キラルなビナフチル縮環体において、置換基の嵩高さに応じて、配座キラリティーの偏りがより大きくなり、さらに集合状態も二次元シート構造から一次元螺旋構造へと集合様式も変化することを見出した。また、π架橋ビスマロナミドを用いた多孔質構造の構築を検討し、包接した溶媒の吸脱着が可能な誘導体を見出した。

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  • ナノスケールヘテロ接合構造の精密設計と機能開拓

    研究課題/領域番号:24350055  2012年4月 - 2015年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    福島 孝典, 庄子 良晃

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    配分額:18330000円 ( 直接経費:14100000円 、 間接経費:4230000円 )

    分子構造と分子間相互作用を利用し、電子的に異なる分子コンポーネントを、ナノスケールの精度で空間特異的に接合するための方法論の開拓を目的に研究を推進した。電子ドナーとアクセプター部位を組み込んだ新しい有機半導体を提案し、その分子を用い光電変換素子の作製と評価を行った。また、大面積でヘテロ接合界面を有する薄膜材料を構築するためのモチーフとして、自発的垂直配向性を示すカラムナー液晶や、π電子系カラムナー液晶の垂直配向を実現するドーパントを見出した。分子レベルのヘテロ接合とその構造の大面積化を可能にする分子骨格の開発に着手し、極めて高い構造秩序を有する有機薄膜を得るための合理的な設計指針を見出した。

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  • 前例なき三次元構造形態を有するディスコティック液晶の相挙動の徹底解明

    研究課題/領域番号:24655118  2012年4月 - 2014年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  挑戦的萌芽研究

    福島 孝典, 庄子 良晃

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    配分額:4030000円 ( 直接経費:3100000円 、 間接経費:930000円 )

    代表的なディスク状液晶メソゲンであるトリフェニレンコアに、イミダゾリウムイオンを末端に有するアルキル側鎖を導入した誘導体が、双連続キュービック相を発現するという新現象の発見に基づき、本研究では、このキュービック相の構造解明に挑戦した。シンプルな構造ながらメソゲンとしてこれまで検討例がなかったトリフェニレンヘキサカルボン酸エステルをデザインし、その類縁体の検討からモノドメイン性が高いキュービック液晶を見出すことに成功した。この液晶のX線構造解析により、従来のキュービック相の想定構造とは異なり、ジャイロイドとリングからなる新しい構造をもつキュービック液晶の存在を明らかにした。

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  • 電子供与体/受容体ナノ相分離構造のデザインによる高効率有機薄膜太陽電池の創製

    研究課題/領域番号:21350108  2009年 - 2011年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    福島 孝典, 岡本 敏宏, 安藤 伸治, 藤川 茂紀

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    配分額:19500000円 ( 直接経費:15000000円 、 間接経費:4500000円 )

    高効率有機薄膜太陽電池へ向けた材料設計では、電子およびホール輸送性を示す分子をそれぞれナノサイズの集団として区画化し、広い接触面積をもって接合させる手法の開拓が鍵となる。本研究では、一つの理想系として、構造明確なナノスケールの異種分子集合体を一次元で精密接合した物質を世界で初めて実現した。さらに本研究過程において、複数の液晶発現基を側鎖に導入した高分子が大面積集積化する現象を偶然見出し、その発見に基づき、新たな光エネルギー変換材料を開発した。

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  • 酸化還元活性なサーモクロミックエチレン型分子の開発と応答分子系への展開

    研究課題/領域番号:10740284  1998年 - 1999年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  奨励研究(A)

    福島 孝典

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    配分額:800000円 ( 直接経費:800000円 )

    本研究では酸化還元状態を安定に与える新規なovercrowded ethylene類を合成し,中性状態間及び中性状態とイオン化状態間の相互変換により誘起される構造変化や電子状態の変化に基づく,分子スイッチ等の応答分子系を構築することを目的とした.本年度に於いては,種々の官能基の導入が可能である電子供与性分子として、チオフェンが縮合した4,4'-ビチアピラニリデン誘導体の合成を検討した.ジチエノチオピランから誘導されるチオピリリウム塩,ケトン,チオケトン,ジブロモ体を合成し,様々な条件下でのカップリング反応を試みたが目的化合物は得られなかった.一方,チオピラン部を酸化してスルホンとした後、4位をチオケトンとし,亜リン酸トリエチルによるカップリング反応を行ったところ収率良く二量体を与えた.しかしながら,スルホンからスルフィドへの還元が困難であり,現在のところ目的とする4,4'-ビチアピラニリデン誘導体を合成するには至っていない.そこで新たに,チオピラン部の硫黄原子の代わりに1,3-ジチオール-2-イリデン基を導入することを目的に,その前駆体となるチオフェンが縮合したジフェノキノン誘導体の合成を検討した.この新規ジフェノキノン誘導体は,対応するフェノールの酸化的カップリングと続く脱水素反応により得られた.興味深いことに,この分子の電子スペクトルや酸化還元挙動を調べた結果,類縁体であるビアントロンとは明らかに異なる特徴を有することが見い出された.従って,更なる官能基化を施すことなどにより新しい物性の発現が期待される.現在目的化合物への誘導とともに,このジフェノキノン誘導体の構造と性質について検討を行っている.

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