非共有結合の導入による環境応答型ナノマテリアルの開発

• Project/Area Number: 03J10526
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: 高分子合成
• Research Institution: Nagoya University (2004-2005); The University of Tokyo (2003)
• Principal Investigator: 溝下 倫大 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 特別研究員-PD
• Project Period (FY): 2003 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥3,300,000 (Direct Cost: ¥3,300,000); Fiscal Year 2005: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2004: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2003: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: 単分子膜 / ラングミュア-ブロジェット法 / 両親媒性分子 / 非共有結合 / 自己組織化 / 液晶 / 自己集合 / 分子コンホメーション / 電気光学特性 / 水素結合 / ナノファイバー / 電気光学機能 / ミクロ相分離

Research Abstract

光・電子機能が期待できるパイ共役分子・部位の配列制御を目指し、パイ共役部位をコアとする界面活性剤を用いて2次元分子組織化薄膜を作製した。本研究では、パイ共役分子を膜最表面に集積するため、分子のコンホメーション変化を誘起しやすい柔軟なスペーサーを導入するという分子設計を行った。合成した界面活性剤を水面に展開し、気-水界面を利用するラングミュア-ブロジェット法によって薄膜化した結果、パイ共役コア部位が膜の最表面に集積された膜を得ることができた。コアとして光機能性分子であるアゾベンゼンを用いた系において、バルク液晶状態と薄膜状態における分子コンホメーションやコア同士の相互作用に明確な違いがあることを示した。また、アゾベンゼンコアの光異性化挙動・光配向挙動を調べることによって、二次元的に集積されたコアが比較的高い運動性を有していることもわかった。このような、柔軟なスペーサーを導入するという分子設計を円盤状コアに用いることで、分子平面が固定化され、かつ、可逆的に膜表面でのコア密度を変化させることができる単分子膜の調製にも成功した。このような膜には、材料合成におけるテンプレート機能や表面修飾による高機能化などさらなる応用展開が期待できる。また、水素結合によってファイバー状に集合する自己組織性分子の化学修飾によって、電子伝導性ファイバーの構築や光刺激による構造スイッチングなど新しい材料系の開発にも着手した。これら一連の研究によって、化学環境や外部刺激に応答して構造や特性を変化させる分子性ナノマテリアルを構築するための新しい材料設計指針を提供することができた。

Research Products

• [Journal Article] Functional Liquid Crystalline Assemblies : Self-Organized Soft Materials (2006)
  • Author(s): Takashi Kato, Norihiro Mizoshita, Kenji Kishimoto
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition 45・1 Pages: 38-68
• [Journal Article] Organised Structures of Flexible Bolaamphiphiles with Trisiloxane Spacers : Three- and Two-Dimensional Molecular Assemblies with Different Molecular Conformation (2006)
  • Author(s): Norihiro Mizoshita, Takahiro Seki
  • Journal Title: Soft Matter 2・2 Pages: 157-165
• [Journal Article] Gelation of Liquid Crystals with Self-Assembled Fibers (2005)
  • Author(s): Takashi Kato, Norihiro Mizoshita, Masaya Moriyama, Tetsu Kitamura
  • Journal Title: Topics in Current Chemistry 256 Pages: 219-236
• [Journal Article] Electroactive Supramolecular Self-Assembled Fibers Comprising Doped Tetrathiafulvalene-Based Gelators (2005)
  • Author(s): Tetsu Kitamura, Suguru Nakaso, Norihiro Mizoshita, Takashi Kato他
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society 127・42 Pages: 14769-14755
• [Journal Article] Flat Orientation of Hydrophobic Cores Induced by Two-Dimensional Confinement of Flexible Bolaamphiphiles at the Air-Water Interface (2005)
  • Author(s): Norihiro Mizoshita, Takahiro Seki
  • Journal Title: Langmuir 21・23 Pages: 10324-10327
• [Journal Article] Bistable Nematic Liquid Crystals with Self-Assembled Fibers (2005)
  • Author(s): Norihiro Mizoshita, Yuki Suzuki, Kenji Hanabusa, Takashi Kato
  • Journal Title: Advanced Materials 17・6 Pages: 692-696
• [Journal Article] Gelation of Liquid Crystals with Self-Assembled Fibers (2005)
  • Author(s): Takashi Kato, Norihiro Mizoshita, Masaya Moriyama, Tetsu Kitamura
  • Journal Title: Topics in Current Chemistry (印刷中)
• [Journal Article] Light Scattering Electrooptic Behavior of Liquid-Crystalline Physical Gels-Effects of Microphase-Separated Morphologies (2004)
  • Author(s): Norihiro Mizoshita, Yuki Suzuki, Kenji Kishimoto, Takashi Kato, Kenji Hanabusa
  • Journal Title: Molecular Crystals and Liquid Crystals 409 Pages: 175-181
• [Journal Article] Photopatterning of Discotic Liquid-Crystalline Gels (2004)
  • Author(s): Masaya Moriyama, Norihiro Mizoshita, Takashi Kato
  • Journal Title: Polymer Journal 36・8 Pages: 661-664
• [Journal Article] Photostimulated Structural Changes of Liquid Crystal Physical Gels (2004)
  • Author(s): Masaya Moriyama, Norihiro Mizoshita, Takashi Kato
  • Journal Title: Proceeding of the SPIE - The International Society for Optical Engineering 5518 Pages: 160-169
• [Journal Article] STN-Gels in Fast Passive Matrix Displays (2004)
  • Author(s): Peter Cirkel, Takashi Kato, Norihiro Mizoshita, Henri Jagt, Kenji Hanabusa
  • Journal Title: Liquid Crystals 31・12 Pages: 1649-1653
• [Journal Article] Reversible On-Off Photoswitching of Hydrogen Bonding for Self-Assembled Fibers Comprising Physical Gels
  • Author(s): Masaya Moriyama, Norihiro Mizoshita, Takashi Kato
  • Journal Title: Bulletin of the Chemical Society of Japan (印刷中)
• [Publications] 溝下倫大, 英 謙二, 加藤隆史: "Fast and High-Contrast Electro-Optical Switching of Liquid-Crystalline Physical Gels : Formation of Oriented Microphase-Separated Structures"Advanced Functional Materials. 13・4. 313-317 (2003)
• [Publications] 溝下倫大, 鈴木由紀, 英 謙二, 加藤隆史: "Light Scattering Electrooptical Properties of Liquid Crystal Physical Gels"Proceedings of SPIE-The International Society for Optical Engineering. 5003. 159-166 (2003)
• [Publications] 守山雅也, 溝下倫大, 横田智己, 岸本健史, 加藤隆史: "Photoresponsive Anisotropic Soft Solids : Liquid-Crystalline Physical Gels Based on a Chiral Photochromic Gelator"Advanced Materials. 15・16. 1335-1338 (2003)
• [Publications] 鈴木由紀, 溝下倫大, 英 謙二, 加藤隆史: "Homeotropically Oriented Nematic Physical Gels for Electrooptical Materials"Journal of Materials Chemistry. 13・12. 2870-2874 (2003)
• [Publications] 溝下倫大, 守山雅也, 加藤隆史: "液晶ゲルのディスプレイへの展開"光学. 32・12. 710-712 (2003)
• [Publications] 松尾豊, 村松彩子, 浜崎亮, 溝下倫大, 加藤隆史, 中村栄一: "Stacking of Molecules Possessing a Fullerene Apex and a Cup-Shaped Cavity Connected by Silicon-Connection"Journal of the American Chemical Society. 126・2. 432-433 (2004)
• [Publications] 守山雅也, 溝下倫大, 加藤隆史: "ナノファイバーテクノロジーを用いた高度産業発掘戦略 第11章3節 自己組織性ナノファイバー"シーエムシー出版. 9 (2004)