Development of twist-bend nametic materials based on V-shaped structures

• Project/Area Number: 23K04874
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 35030:Organic functional materials-related
• Research Institution: Toyohashi University of Technology
• Principal Investigator: 荒川 優樹 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30757365)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2025: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2024: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 液晶 / ツイストベンドネマチック相 / 屈曲型分子 / V字型分子 / シアノビフェニル / ツイストベンドネマチック液晶 / 二量体液晶 / 液晶性オリゴマー

Outline of Research at the Start

屈曲構造を有する分子がらせん状に凝集することで形成される液晶相であるツイストベンドネマチック相(NTB相)に関する研究は液晶科学分野におけるリサーチフロントの一つとなっている。これまでに報告されるNTB相を示す液晶分子の多くは、メソゲン構造を奇数のアルキルスペーサー鎖で結んだ屈曲型の二量体である。本研究ではメタ置換体などの屈曲を誘起する構造を中心に導入した、V字型の分子構造を基軸とする新しいNTB液晶分子の開発および機能開拓を行う。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、従来の原子数が奇数のスペーサー鎖による屈曲した分子構造の二量体とは異なり、スペーサーの中心に環構造を導入した分子系において、メタ位などの置換位置や角度の違いで分子構造を屈曲させたV字型構造により、ツイストベンドネマチック相を誘起するための分子構造の開拓を行う。まず、メタ位にカルボキシル基を有するイソフタル酸エステルを中心構造とし、アーム部位に２つのシアノビフェニル構造を有するV字型分子の合成を行った。炭素数(n)の異なるアルコール鎖を有するシアノビフェニル類縁体を合成し、イソフタル酸クロリドとのエステル化により、目的とする化合物群(炭素数nが2-10)を合成した。相転移挙動観察により、nが偶数の２つの化合物でツイストベンドネマチック相の形成が見られた。従来の奇数系の二量体分子とは異なり、炭素数が偶数の方がツイストベンドネマチック相の形成に有効である点も新しい知見である。このようなV字型の分子系では、スペーサー鎖のコンフォメーションにより、偶数系の場合に中心のイソフタル酸エステルとシアノビフェニル構造の長軸がより直線的になるため、偶数系でツイストベンドネマチックの形成に有利になったものと考えている。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の計画通り、メタ置換構造を中心としたシアノビフェニル系Ｖ字型分子により、ツイストベンドネマチック相の形成を見出すことができたたため、順調に進展している。

Strategy for Future Research Activity

シアノビフェニルを用いたメタ置換体によりツイストベンドネマチック相の形成が確認できたため、今後はリンカーやメソゲン構造、置換位置の異なる分子系へと展開する。