Creation of Liquid Crystal Actuators Based on Nanostructured Ionic Liquids
| Project/Area Number |
21H02021
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 35030:Organic functional materials-related
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
吉尾 正史 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 高分子・バイオ材料研究センター, グループリーダー (60345098)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Fiscal Year 2021: ¥8,710,000 (Direct Cost: ¥6,700,000、Indirect Cost: ¥2,010,000)
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| Keywords | 液晶 / イオン液体 / リチウムイオン / アクチュエータ / ナノ相分離 / イオン伝導 / 触覚 / ソフトロボット / ソフトアクチュエータ / ナノチャンネル / 相分離 / 電子伝導体 / イオン伝導体 / 液晶高分子 / カラムナー液晶 |
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| Outline of Research at the Start |
高齢化社会、リモート社会を支えるキーテクノロジーとして、仮想空間のモノをあたかも触っているかのような感覚を生み出せるゴム手袋のように柔らかく、軽く、低電力で駆動する触覚伝達デバイスの開発が求められている。本研究では、イオンを高速に流すチャンネル構造と強靭な機械的特性を併せ持った新しい液晶材料を活用して、1Vの低電圧で100Hzの振動を示すソフトアクチュエータの開発に関する研究を行う。パターン化された複数の液晶アクチュエータ素子を独立に振動させる電子回路設計を行い、Society5.0に資するバーチャル空間と実空間を繋ぐソフト触力覚デバイスの創成を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、液晶とイオンの自己組織化を用いて、触覚デバイス等への応用を指向した高速変形と強靭さを両立した低電圧駆動のイオン伝導型高分子アクチュエータを構築することであり、以下の新材料開発に成功した。
１）バイオ由来のイタコン酸誘導体のイオン性分子を合成し、イオン液体との複合化によって層状、カラム状、ジャイロイドキュービック液晶構造を形成することに成功した。紫外線を照射することでイタコン酸部位に含まれる不飽和部位を重合し、自立性を示す高イオン伝導性高分子フィルムを作製することができた。これらの液晶構造固定化した電解質フィルムを導電性高分子電極で挟んだアクチュエータ素子を作製し、2V電圧印加によって高変形歪を示す屈曲運動を実現した。さらに、土中において微生物分解性を明らかにした。
２）高リチウムイオン伝導性を示す層状液晶性リン酸エステルを開発し、フッ素系ビニル高分子との複合化によってミクロ相分離構造を形成させることにより、80Hz高速振動および自己消火機能を示す革新的アクチュエータの開発に成功した。さらに、リン酸エステル構造およびデバイス構造の最適化により、110Hz超高速振動を実現し、プロトタイプの指輪型触覚提示デバイスとしての応用を実証した。
３）楔形分子構造の重合性イオン分子とイオン液体の複合系において、三次元伝導パスを有するミセルキュービック液晶構造の構築および光重合フィルム化に成功した。導電性高分子電極と接合したアクチュエータ素子では、超高速振動に加え、破格の出力発生（4gの荷重持ち上げ）を達成し、高性能なグリッパーロボットを創出することができた。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(41 results)
