光重合誘起分子拡散による配向表面構造の創製と動的機能の創出
| Project/Area Number |
22KJ1284
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| Project/Area Number (Other) |
21J22737 (2021-2022)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2021-2022) |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 32020:Functional solid state chemistry-related
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
橋本 彩有里 東京工業大学, 物質理工学院, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| 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)
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| Keywords | 液晶 / 高分子 / 分子配向 / 表面形状 |
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| Outline of Research at the Start |
近年，力学や光学的な多彩な機能を発現する特異的な表面構造を人工的に取り入れた生物模倣が大変注目されている。しかしながら，表面構造を部分的に模した例が多く，構造と動きを併せ持つ動的機能発現の研究例は少ない。本研究では，独自に見出したマイクロメートルスケールの深さを有する配向表面凹構造フィルムに対して，力学的な動きを誘起し，生物模倣機能を示すフィルムの実現を目的とする。配向凹構造の詳細な形成メカニズムを明らかにし，刺激応答型の自在な表面形状制御できる新たなフィルムデバイスの創製を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，申請者が独自に見出した分子配向を有する表面凹構造を利用し，熱印加などの外部刺激に応答して力学・光学機能を発現する単一な高分子薄膜材料の創製を目的とする。本年度は，表面凹構造フィルムの形成メカニズム解析と熱刺激応答性評価を主に行い，外部刺激に応答する表面形状変化について詳細に調べた。
異方性を有する液晶モノマーに少量の架橋剤と光重合開始剤を添加した重合用試料を用いて，ストライプ状のパターン光重合を行うことで，表面に凹構造を有する高分子薄膜の作製に成功した。重合条件に応じて，穴や溝といった多彩な凹構造が形成した。重合過程のリアルタイム観察や理論解析，画像解析により，重合に基づく分子拡散が凹構造形成の主要因であることが明らかとなった。これらの液晶高分子薄膜について，レーザー顕微鏡を用いて加熱冷却時の表面形状変化を観察した。加熱に伴い凹構造の深さは浅くなり，その後室温に冷却すると表面は僅かに凸構造に変化した。加熱冷却を繰り返したところ，この表面形状変化は可逆性を示した。この表面形状変化について，各温度における高分子薄膜内の分子配向変化を調べた。凹構造周辺の分子配向方向および配向秩序度が熱刺激に応じて可逆的に変化することがわかった。したがって，加熱による分子配向性の変化が表面構造変化を誘起したと考えている。このように本年度の研究を通じて，独自に見出した表面凹構造フィルムの分子配向度を設計することで，熱刺激応答する表面可変材料として応用できる可能性を示した。
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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
研究目的である「独自に見出した分子配向を併せ持つ表面凹構造フィルムの力学・光学機能材料の設計」を達成するため，今年度は主に表面凹構造フィルムの熱刺激応答性評価を行い，熱に応答する表面変化についての研究を行った。いずれについても実績概要に記載した通り，研究計画に従って実施し，興味深い結果が得られた。また，得られた成果を学術論文1報にまとめ，国際学術論文誌にて発表した。本論文はSupplementary Coverに選出された。加えて，国際学会1件（ポスター），国内学会2件（口頭: 1件，ポスター: 2件）において筆頭著者として発表した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は独自に見出した表面凹構造フィルムの熱刺激応答性評価を行い，フィルムの分子配向度を設計することで熱刺激に応答する表面可変材料として応用できることを明らかにした。次年度はこれらの知見を活かし，異方的な収縮膨張による「動き」を付与した材料機能発現の応用に取り組むために，以下の二点について検討する。
1.液晶モノマー種の検討により，表面形状変化度合いのさらなる増幅を目指す。
2.熱刺激に応答する光回折機能の評価および接触角計測定による力学機能評価を行う。
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Report
(2 results)
Research Products
(11 results)
