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
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21J14493
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 35020:Polymer materials-related
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
岸野 真之 東京工業大学, 物質理工学院, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| 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)
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| Keywords | 液晶 / リンクル構造 / 中立面 / 湾曲 / ソフトマテリアル |
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| 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。
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| 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。
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| Research Progress Status |
令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(15 results)
