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中立面移動抑制戦略:非線形力学応答液晶フィルムによる高耐久湾曲デバイスの創製

Research Project

Project/Area Number 21J14493
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 35020:Polymer materials-related
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

岸野 真之  東京工業大学, 物質理工学院, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2021-04-28 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Keywords液晶 / リンクル構造 / 中立面 / 湾曲 / ソフトマテリアル
Outline of Research at the Start

高分子材料を中心としたソフトマテリアルで構成される柔軟なデバイスの開発が期待されている。デバイスの湾曲に対する高耐久化手法として,ひずみが生じない中立面に導電材料を配置する材料設計が主流であるが,依然として大きな湾曲により性能が劣化する。この性能劣化は湾曲に伴う中立面の移動により,導電材料にひずみが発生したことに起因する。そこで本研究では,非線形的な力学物性を示す液晶分子を利用することで,湾曲に伴う中立面の移動を抑制したソフトマテリアルを創製する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は,非線形力学応答を示すフィルムの積層により,ソフトマテリアルの湾曲に伴う中立面移動を抑制し,デバイスの湾曲耐久性を向上させることを目的としている。最終年に当たる本年度は,液晶フィルムとリンクル構造を有するフィルムを作製し,力学特性を解析した。次に,非線形力学応答を示したフィルムをソフトマテリアルに積層し,湾曲に伴う中立面移動を調べた。さらに,フィルムの中立面位置に導電材料を成膜し,湾曲に伴うクラック挙動を観察した。
液晶フィルムはネマチック液晶,モノマー,架橋剤,光重合開始剤の混合物を光重合することにより作製した。リンクル構造は予め延伸したポリジメチルシロキサン(PDMS)フィルムにポリエチレンテレフタラート(PET)フィルムを積層し,応力を除去することで形成した。
作製したフィルムの力学物性は引張試験により調べた。液晶フィルムにおいては,配向方向や重合温度に応じて弾性率が異なることがわかった。無配向の液晶フィルムでは,あるひずみを境に応力の増加量が変化する非線形的な力学応答を示した。また,リンクル構造を有するフィルムでは,延伸に伴いリンクル構造が伸び切ることで応力が増大することが明らかとなった。
液晶フィルムまたはリンクル構造PETフィルムを汎用的なソフトマテリアルであるPDMSフィルムに積層し,内部ひずみを測定可能なセンサーを用いて湾曲に伴う中立面移動を調べた。リンクル構造積層PDMSフィルムにおいて,中立面移動の抑制を示唆する結果が得られた。そこで,このフィルムの中立面位置に金を成膜し,湾曲に伴う顕微鏡観察を行なった。その結果,従来とは90°異なる方向にクラックが発生した。リンクル構造の高さ,周期,材質を変えることで,中立面移動ならびに導電材料のクラック発生を抑制し,フレキシブルデバイスの高耐久化を達成できると考えている。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2023 2022 2021

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 2 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results)

  • [Journal Article] Fatigue life prediction of bending polymer films using random forest2023

    • Author(s)
      Kishino Masayuki、Matsumoto Kohsuke、Kobayashi Yoshiaki、Taguchi Ryo、Akamatsu Norihisa、Shishido Atsushi
    • Journal Title

      International Journal of Fatigue

      Volume: 166 Pages: 107230-107230

    • DOI

      10.1016/j.ijfatigue.2022.107230

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Validation of theoretical analysis of surface bending strain in polymer films by surface-labeled grating method2022

    • Author(s)
      R. Taguchi, A. Fujisawa, M. Kishino, K. Kuwahara, N. Akamatsu, M. Fukuhara, A. Shishido
    • Journal Title

      AIP Advances

      Volume: 12 Issue: 1 Pages: 015324-015324

    • DOI

      10.1063/5.0077846

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Wideband reflection wavelength tuning by bending of cholesteric liquid crystal elastomer films2021

    • Author(s)
      Masayuki Kishino, Norihisa Akamatsu, Ryo Taguchi, Shoichi Kubo, Kyohei Hisano, Osamu Tsutsumi, and Atsushi Shishido
    • Journal Title

      J. Appl. Phys.

      Volume: 129 Issue: 16 Pages: 164701-164701

    • DOI

      10.1063/5.0044216

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Neutral Mechanical Plane Shifting in Bending Elastomer Film Revealed by Quantification of Internal Strain2021

    • Author(s)
      Kishino Masayuki、Akamatsu Norihisa、Taguchi Ryo、Hisano Kyohei、Kuwahara Kohei、Tsutsumi Osamu、Takeya Jun、Shishido Atsushi
    • Journal Title

      Advanced Engineering Materials

      Volume: - Issue: 6 Pages: 2101041-2101041

    • DOI

      10.1002/adem.202101041

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 高分子フィルムの繰り返し湾曲による疲労挙動解析2022

    • Author(s)
      岸野 真之,田口 諒,宍戸厚
    • Organizer
      日本レオロジー学会第49年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 湾曲高分子フィルムの疲労挙動解析2022

    • Author(s)
      岸野 真之,田口 諒,久野 恭平,宍戸 厚
    • Organizer
      第71回高分子討論会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Quantification of Neutral Mechanical Plane Shifting in Bending Elastomer Film using Cholesteric Liquid Crystal Sensor2022

    • Author(s)
      Masayuki Kishino, Norihisa Akamatsu, Ryo Taguchi, Shoichi Kubo, Kyohei Hisano, Osamu Tsutsumi, Atsushi Shishido
    • Organizer
      SPIE Optics + Photonics 2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Analysis of Neutral Mechanical Plane Position in Bending Elastomer Film using Cholesteric Liquid Crystal Strain Sensor2022

    • Author(s)
      Masayuki Kishino, Kyohei Hisano, Atsushi Shishido
    • Organizer
      KJF International Conference on Organic Materials for Electronics and Photonics 2022 (KJF-ICOMEP 2022)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 機械学習を利用した湾曲高分子フィルムの疲労寿命予測2021

    • Author(s)
      岸野 真之,田口 諒,赤松 範久,宍戸 厚
    • Organizer
      第70回高分子討論会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 機械学習を利用した繰り返し湾曲による高分子フィルムの疲労寿命予測2021

    • Author(s)
      岸野 真之,田口 諒,赤松 範久,宍戸 厚
    • Organizer
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] コレステリック液晶エラストマーの湾曲による広帯域反射光波長制御2021

    • Author(s)
      岸野 真之, 赤松 範久, 田口 諒, 久保 祥一, 久野 恭平, 堤 治, 宍戸 厚
    • Organizer
      2021年日本液晶学会討論会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 機械学習による湾曲高分子フィルムの疲労寿命予測2021

    • Author(s)
      岸野 真之, 田口 諒, 赤松 範久, 宍戸 厚
    • Organizer
      プラスチック成形加工学会第29回秋季大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Quantification of internal strain in bent soft materials by a cholesteric liquid crystal elastomer2021

    • Author(s)
      Masayuki Kishino, Norihisa Akamatsu, Shoichi Kubo, Kyohei Hisano, Osamu Tsutsumi, Atsushi Shishido
    • Organizer
      SPIE Optics + Photonics 2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Quantification of internal strain in bent silicone elastomers via selective reflection of cholesteric liquid crystals2021

    • Author(s)
      Masayuki Kishino, Norihisa Akamatsu, Ryo Taguchi, Shoichi Kubo, Kyohei Hisano, Osamu Tsutsumi, Atsushi Shishido
    • Organizer
      Optics in Liquid Crystal Conference 2021 (OLC2021)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Internal strain analysis in bending silicone elastomer through selective reflection of cholesteric liquid crystal sensor2021

    • Author(s)
      Masayuki Kishino, Norihisa Akamatsu, Ryo Taguchi, Kyohei Hisano, Osamu Tsutsumi, Atsushi Shishido
    • Organizer
      The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2021 (Pacifichem 2021)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2021-05-27   Modified: 2024-03-26  

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