2017 Fiscal Year Annual Research Report
Mechanism of Photomobile Behavior of Polymers at Cryogenic Temperatures
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16H04157
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| Research Institution | Chuo University |
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Principal Investigator |
池田 富樹 中央大学, 研究開発機構, 機構教授 (40143656)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 1. 架橋液晶高分子 / 2. アゾベンゼン / 3. 光運動材料 / 4. フォトクロミック分子 / 5. 極低温 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
架橋アゾベンゼン液晶高分子に紫外光・可視光を照射すると，アゾベンゼンの光異性化に伴うメソゲンの配向変化，さらには高分子鎖の形態変化が起こり，試料全体が変形する。本研究では，高分子鎖の「光運動」の学理を構築することを目的とし，極低温における架橋液晶高分子の光応答を探究している。前年度の研究において，液体窒素中においてシス－トランス光異性化によるフィルムの変形を増大させることに成功した。本年度は，トランス－シス異性化について効率向上をめざした。
側鎖にアゾベンゼンを有するホモポリマーについて液体窒素中で紫外光を照射したところ，トランス－シス異性化効率が低いことが分かった。次に，アゾベンゼンモノマーとメチルメタクリレートの共重合体について同様の実験を行ったところ，トランス－シス異性化効率が増大した。これは，メチルメタクリレートとの共重合によりポリマー中の自由体積が増大し，アゾベンゼンの分子形状変化に必要な体積が確保されるためであると考えている。また，架橋アゾベンゼン液晶高分子について，室温で紫外光を照射した後に液体窒素中で可視光を照射するとシス－トランス異性化が起こった。続いて液体窒素中で紫外光を照射するとトランス－シス異性化が起こった。これは，液体窒素中におけるアゾベンゼンのシス－トランス異性化に伴って，トランス－シス異性化に必要な空間が形成されるためであると考えている。これらの異性化の度合は，アゾベンゼンのテール部位のアルキル鎖長により異なることが分かった。すなわち，極低温下におけるアゾベンゼンの異性化挙動は，アゾベンゼンの異性化に必要な体積とポリマーの自由体積に強く依存す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
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成29年度は，光運動の配向依存性評価とモノマーユニットの構造最適化を主題として研究を遂行した。とくに光運動のトリガーとなるアゾベンゼンの光異性化に着目し，構造と光応答性との関連を調査した。極低温下においてはアゾベンゼンのトランス－シス異性化よりもシス－トランス異性化の効率が高いことが明らかになった。これはシス体周囲においてはメソゲンの配向が乱れており，異性化に要する空間が十分に存在するためであると考えている。また前年度に引き続き，スペーサー・テール部位のアルキル鎖長を変化させた様々なアゾベンゼンモノマーについて，架橋剤や非晶モノマーと共重合することにより光応答性を検討した。アゾベンゼンの異性化に必要な体積とポリマーの自由体積の重要性が明らかになり，極低温下において光運動性を向上させるための指針が得られた。以上のように，本年度までの研究により極低温条件におけるマクロな光運動とミクロ構造との関連を解明しつつあり，順調に研究が進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究により，低温条件においてシス－トランス光異性化によるマクロ変形の効率を飛躍的に向上させた。一方，トランス－シス異性化による光運動については大幅な改善には至っていない。これまでの検討により，アゾベンゼンの異性化に必要な体積とポリマーの自由体積の重要性が明らかになった。とくにポリマーの自由体積については，アゾベンゼンと種々のポリマーを共重合することにより制御可能であると考えている。これらの指針を基に分子設計を行い，トランス－シス異性化による光運動の効率向上をめざす。架橋液晶高分子の組成を様々に変化させて低温条件における光応答性を評価することにより，構造と光運動特性との相関を探求する。
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