高分子光運動材料の液体窒素中における光変形メカニズムの探究
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21K05171
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 35010:Polymer chemistry-related
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| Research Institution | Chuo University |
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Principal Investigator |
宇部 達 中央大学, 研究開発機構, 機構准教授 (80613364)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | 架橋液晶高分子 / フォトクロミズム / 光アクチュエーター / 極低温 / ブリッジアゾベンゼン / フォトメカニカル効果 |
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| Outline of Research at the Start |
架橋液晶高分子にアゾベンゼンなどのフォトクロミック色素を導入すると，光照射によるフィルムの変形が可能になる。これまでの研究において，光応答が液体窒素中においても誘起されることが明らかになっている。本研究は，フォトクロミック液晶高分子における分子レベルの構造とマクロな光応答性との相関を攻究し，極低温における変形メカニズムを解明することを目的とする。極限条件で光変形挙動を探究することにより，従来のゴム状態とは異なるガラス状態における光駆動の学理を構築し，光運動材料の力学物性・光応答性の自在制御を可能にする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
架橋液晶高分子にアゾベンゼンなどのフォトクロミック色素を導入すると，光照射によりフィルムの屈曲などのマクロな変形を引き起こすことが可能になる。この高分子光運動材料は，電源や配線が不要なソフトアクチュエーターとしての応用が期待されている。これまでの研究において，光変形が液体窒素中においても誘起されることが明らかになっている。本研究は，フォトクロミック高分子における分子レベルの構造とマクロな光応答性との相関を攻究し，極低温における変形メカニズムを解明することを目的している。
本年度は，フォトクロミック分子としてブリッジアゾベンゼン誘導体を合成し，これを含有する架橋高分子フィルムについて，液体窒素中における光応答性を評価した。ブリッジアゾベンゼンを架橋部位に有する架橋高分子フィルムを作製し，液体窒素中における光異性化挙動を評価したところ，良好な光応答性を示すことが分かった。これはブリッジアゾベンゼンの周囲に十分な自由体積が存在するためであると推察している。次に，ブリッジアゾベンゼンを含有する自立フィルムについて，液体窒素中における光変形挙動を評価した。紫色光を照射するとフィルムが屈曲し，黄色光を照射すると元の形状に復元した。前年度に探究した通常のアゾベンゼンを有するフィルムでは，予め室温において紫外光を照射してシス体を生成させる必要があった。一方，ブリッジアゾベンゼンは初期状態においてシス体であり，室温における光照射を経ることなく，液体窒素中において直接駆動することが可能であった。分子の熱運動が著しく制限された極低温環境においても，光化学プロセスにより高分子の運動を誘起できることが明らかになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
2022年度は，モノマーユニットの集合特性や空間構造の制御による高効率光応答系の構築を主要課題として検討した。フォトクロミック成分として新たにブリッジアゾベンゼンを用いることにより，フォトクロミック部位近傍の局所自由体積が増大し，極低温における光応答性が増大することが明らかになった。また，当初2023年度に予定していた，異なるフォトクロミック成分を用いた場合の光応答挙動の比較についても実施することができ，ブリッジアゾベンゼンの極低温における有用性を明らかにした。これらのことから，当初計画以上に研究が進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
2023年度においては，前年度に得られたブリッジアゾベンゼンを有する架橋高分子について，光応答性の向上および変形モードの多様化を図る。フォトクロミック分子の導入率と光変形特性の相関を探究し，光変形挙動の制御をめざす。様々なフォトクロミック分子および非光応答分子の組み合わせでフィルムを作製し光応答性を評価することにより，分子レベルの構造とマクロな光応答性との相関を見出し，極低温における変形メカニズムの解明をめざす。
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Report
(2 results)
Research Products
(10 results)
