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室温における強誘電性カラムナー液晶材料の実現

Research Project

Project/Area Number 22KJ0460
Project/Area Number (Other) 21J20337 (2021-2022)
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeMulti-year Fund (2023)
Single-year Grants (2021-2022)
Section国内
Review Section Basic Section 35030:Organic functional materials-related
Research InstitutionChiba University

Principal Investigator

秋山 吾篤  千葉大学, 融合理工学府, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2023-03-08 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2023: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Keywords液晶 / 強誘電性 / 焦電性 / カラムナー液晶 / 水素結合 / ディスオーダー / キラリティー / 分極 / 強誘電体 / 電場応答 / 電荷移動錯体 / 自己集合 / 形態制御
Outline of Research at the Start

強誘電性カラムナー液晶(FCLC)は,低毒性・低環境負荷であり,加工性の優れた記録素子や波長変換材料へ応用される。現在,FCLCの発現には高い電場または高温を必要とし,低動作電場の室温FCLC材料の報告例はないため,基礎および応用研究の観点から研究の進展が阻害されている。本研究では,電場応答性ジフェニルウレア分子に分岐アルキル側鎖を導入することで,低動作電場を示す室温FCLC材料の達成を目指す。電気的,分光学的な手法により,FCLCの発現機構を分子間相互作用と運動性に基づき解明し,合理的な分子設計を探求する。また,電荷移動錯体の電場応答機構に着目し,応答速度の高速化に取り組む。

Outline of Annual Research Achievements

(1)分岐側鎖を有するジフェニルウレア分子について,強誘電性に特徴的な分極と電場のヒステリシスループを得ることに成功した。ヒステリシスループの印加電場の依存性を評価すると,高周波数ほど明瞭なヒステリシスが観測され,低周波条件におけるイオン性不純物の影響が懸念された。不純物が強誘電性に及ぼす効果を検証するため,不純物をドープした試料を作製し,電流測定と第二次高調波発生測定を実施した。結果,0.1%の不純物添加によって,望ましくないバックグラウンド電流の増加や脱分極が確認された。一方,これまで使用した非ドープ試料では,このような挙動は観測されず,不純物の効果は無視できると言える(ACS Appl. Electron. Mater.誌に掲載)。(2)側鎖に(S)-citronellyl基を4つ有するウレア分子は,強い分子間力によって分極反転が不可能であり,強誘電性が確認されなかった(Mater. Lett.誌に掲載)。分子間力を適度に低減させるため,立体障害の大きな2-butyloctyl基を6つ有する分子との混合物を作製し,混合物が室温強誘電性カラムナー液晶(FCLC)を示すことを見出した。FCLCを形成する要因を特定するため,複数の混合比で作製した試料の集合構造の評価を行った。結果,側鎖の立体効果によって異種分子が交互に積層し,カラムナー液晶が構築されることがわかった。また,混合比によって分子間力を微調整でき,ウレア基の分極反転(強誘電性)が促進された。
本研究によって,(1)では側鎖の立体障害,(2)では混合比によって,集合状態における分子間力を調整可能であり,室温FCLCの作製に関する知見を提示できた。これまで報告されたFCLCでは,分極反転と分極維持はトレードオフであったが,(2)の手法はそのトレードオフを解消し,FCLCの設計を開拓する指針として有用なものである。

Report

(3 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2024 2023 2022 2021 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Room-Temperature Ferroelectric Columnar Liquid Crystals Driven by a Low Electric Field2024

    • Author(s)
      Akiyama Azumi、Kohri Michinari、Kishikawa Keiki
    • Journal Title

      ACS Applied Electronic Materials

      Volume: 6 Issue: 2 Pages: 1252-1261

    • DOI

      10.1021/acsaelm.3c01609

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Positions of Chiral Alkoxy Groups Responsible for Ferroelectricity in a Columnar Liquid Crystal Phase of Diphenylureas with Six Alkoxy Groups2024

    • Author(s)
      Ogura Yoshiki、Akiyama Azumi、Kohri Michinari、Kishikawa Keiki
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry B

      Volume: 128 Issue: 15 Pages: 3775-3783

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.4c00642

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Nonswitchable and switchable pyroelectric organic crystals produced from diphenylureas with chiral side chains and racemic side chains2023

    • Author(s)
      Akiyama Azumi、Masu Hyuma、Kohri Michinari、Kishikawa Keiki
    • Journal Title

      Materials Letters

      Volume: 343 Pages: 134363-134363

    • DOI

      10.1016/j.matlet.2023.134363

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 分岐側鎖導入による室温駆動可能な強誘電性カラムナー液晶2023

    • Author(s)
      秋山吾篤,桑折道済,岸川圭希
    • Organizer
      第24回液晶化学研究会シンポジウム
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 混合による強誘電性カラムナー液晶の新規発現と物性の制御2023

    • Author(s)
      秋山吾篤,桑折道済,岸川圭希
    • Organizer
      2023年日本液晶学会討論会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] A Room-Temperature Ferroelectric Columnar Liquid Crystal2023

    • Author(s)
      Azumi Akiyama, Michinari Kohri, Keiki Kishikawa
    • Organizer
      Ajou-Chiba Joint Symposium
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 分岐アルキル側鎖を有するアミド官能化ペリレンビスイミド分子の集合挙動2022

    • Author(s)
      秋山吾篤,梶谷孝,桑折道済,岸川圭希
    • Organizer
      2022年日本液晶学会討論会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 分岐側鎖を持つアミド官能化ペリレンビスイミド分子の集合挙動2022

    • Author(s)
      秋山吾篤,梶谷孝,桑折道済,岸川圭希
    • Organizer
      第12回CSJ化学フェスタ2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Exploring alkyl side chains in diphenylureas for controlling the temperature ranges of ferroelectric columnar liquid crystal phases2022

    • Author(s)
      Azumi Akiyama, Michinari Kohri, Keiki Kishikawa
    • Organizer
      28th International Liquid Crystal Conference (ILCC2022)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 分岐アルキル鎖を導入したウレア化合物による室温強誘電性カラムナー液晶2021

    • Author(s)
      秋山吾篤,桑折道済,岸川圭希
    • Organizer
      2021年日本液晶学会討論会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 分岐アルキル基を導入したウレア分子による室温駆動可能な強誘電性柱状液晶2021

    • Author(s)
      秋山吾篤,桑折道済,岸川圭希
    • Organizer
      第11回CSJ化学フェスタ2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Realization of a Room-Temperature Ferroelectric Columnar Liquid Crystal by Introducing Branched Alkyl Chains2021

    • Author(s)
      Azumi Akiyama, Michinari Kohri, Keiki Kishikawa
    • Organizer
      Optics of Liquid Crystals 2021 (OLC2021)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Realizing a room-temperature ferroelectric columnar liquid crystal by introducing branched alkyl chains2021

    • Author(s)
      Azumi Akiyama, Michinari Kohri, Keiki Kishikawa
    • Organizer
      The 2020 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem 2021)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 千葉大学 ソフト材料化学研究室HP

    • URL

      http://chem.tf.chiba-u.jp/gacb03/saito/toppu.html

    • Related Report
      2023 Annual Research Report

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Published: 2021-05-27   Modified: 2024-12-25  

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