2017 Fiscal Year Annual Research Report
シングルドメインソフトマターが拓く新構造と物性に関する研究
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17H01034
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
福島 孝典 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (70281970)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
尾原 幸治 公益財団法人高輝度光科学研究センター, その他部局等, 主幹研究員 (00625486)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 自己組織化 / ソフトマター / シングルドメイン / X線構造解析 / 音波浮遊 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、最近研究代表者らが見出した、世界的にも、歴史的にも類を見ない、新たな性質を示すシングルドメインソフトマターの構造、相挙動、粘弾性、力学特性の解明からスタートし、分子設計と分子集合場の構築に関する２つの課題およびそれらの融合研究を通じ、ソフトマターの基礎科学に新たなフロンティアを築くことを目的とする。課題１では、自発的シングルドメイン化をもたらす構造要素とメカニズム、さらにそこに潜む物理化学を探求し、シングルドメインソフトマターを形成する分子ライブラリを構築する。課題２では、世界で初めて音波浮遊技術をソフトマターに適用し、シングルドメイン化または超精密分子配向制御を可能にする「分子自己集合場」を設計する。上記の課題から得られる物質の構造物性相関を多角的に調べ、シングルドメインを形成するソフトマターの合理的設計指針を提示するとともに、分子配向・配列秩序が「完璧」に制御された物質が生み出す機能を探る。
平成29年度において、課題１では、分子凝縮相に関する既存概念では説明しえない、不思議な性質を示す分子集合体の構造と相挙動および分子集団運動について詳細に検討した。課題２では、 空気界面だけの状態で分子集合体を構造化させるための手法として音波浮遊技術を用いるための、音波浮遊装置を中心とした試料作製装置一式と構造解析用のX線回折装置を東工大およびSPring-8に整備した。そしてこれらの装置を用い、ディスコティック液晶の構造形成挙動を検討したところ、ミリメートルオーダーのシングルドメイン構造を有する球体が作製できることを見出した。
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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
課題１については、シングルドメインソフトマターを形成する物質の分子集合構造、相挙動の検討を進め、そこから分子集団運動の検討を、当初の計画通り進めた。課題２については、音波浮遊装置の整備だけでなく、音波浮遊したディスコティック液晶が、固体基板上とは異なる集合構造を形成することを見出した。したがって、本研究は「当初の計画以上に進展している」と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
課題1については、これまでに得られた知見をもとに、シングルドメイン化のメカニズムについて、構成分子の構造要素、分子配列様式、分子間相互作用などの観点から考察する。ここからエッセンスを抽出し、自発的にシングルドメイン化する分子設計指針を立てる。この指針に基づき分子ライブラリを構築し、物質合成・構造化・相挙動を検討する。課題２については、低分子系液晶を対象に、音波浮遊によるシングルドメイン化の検討を行う。液晶分子として、平成29年度に検討したディスコティック液晶系に加え、新たにスメクチック相を発現する棒状分子の構造化を検討する。その足がかりとして、層内で配列秩序のないスメクチックA相およびC相を発現する分子の配向特性を徹底的に調べる。さらに、層内でヘキサゴナル構造を形成する高次スメクチック相やキュービック相を形成する低分子系液晶の構造化へと展開する。それらの観測結果に基づき、通常の基板上での構造化との相違を明らかにする。
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