2017 Fiscal Year Research-status Report
Study of Film Display Made of Smectic Liquid-Crystalline Elastomers
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17K05981
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| Research Institution | Tokyo Polytechnic University |
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Principal Investigator |
平岡 一幸 東京工芸大学, 工学部, 教授 (50267530)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 液晶エラストマー / 液晶 / 高分子 / 電傾効果 / フレクソエレクトリック効果 / フィルムディスプレイ / 液晶ディスプレイ / スメクチック液晶 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ポリシロキサン主鎖の側鎖型液晶エラストマーとポリエステル系主鎖型液晶エラストマーについて、応力印加架橋による配向試料を作成した。本申請で購入の示差走査熱量計を用いて相転移挙動を観測した。デジタルロックインアンプを用いた電場誘起光軸変化測定システムを構築した。
(1)側鎖型液晶エラストマー：コレステロール誘導体をメソゲンとする側鎖型液晶エラストマーを合成し、キラルスメクチックA(SmA*)相を有することを確認した。同試料について電場誘起変形の予備実験を行い、SmA*相の温度範囲全体で電傾効果によるせん断変形が観測された。等方相に相当する温度領域において、電場方向に極性のある曲り変形が観測された。電場誘起による光軸変化を測定するためのシステムを構築し現在試運転中である。
(2) 主鎖型液晶エラストマー：ビベンゾエート（BB）を骨格部とする主鎖型液晶ポリエステルBB-n（nは骨格部間のアルキル鎖の炭素数）を用いた。Dimethyl 4,4’- biphenyldicarboxylate (Bibenzoate: BB)モル比1に対し、1,6-hexanediolを0.7、3-methyl-1,5-pentanediolを0.2、架橋剤として3官能性の1,2,6-hexanetriol を用いた。スメクチック相の温度領域でポリマーネットワーク形成をするために反応温度の低温化を目的として、異なる2つのチタン系触媒を用いて主鎖型液晶エラストマーの合成を試みた。Titanium tetraisopropoxideの場合、重合温度230℃、重合時間24時間においてゲル分率が44%であるのに対して、Titanium tetrabutoxideの場合は210℃、24時間の重合により84％のゲル分率を持つ合成物が得られ、より低温においてポリマーネットワークの形成が可能であることが分かった。
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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
「研究実績の概要」に記載したように、ポリシロキサンを主鎖とする側鎖型液晶エラストマーとポリエステル系の鎖型液晶エラストマーの両方について、応力印加架橋により配向試料を得ることに成功した。
側鎖型液晶エラストマーでは、一軸延伸下の架橋により均一に一軸配向したSmA*エラストマーが得られ、40℃から100℃の広いSmA*相の温度領域で電傾効果によると推察されるせん断変形が観測された。通常、電傾効果はSmA-SmC*相転移近傍でソフトモードとして顕在化するが、ここではノーマルモードとして観測されたと考えられる。また、側鎖型液晶エラストマーの等方相に相当する温度領域において、電場印加により、電場方向に極性のある曲り変形が観測された。特に、一軸応力架橋した際に試料端は広がり変形するが、その部位にて極性ある電場誘起変形が観測され、これはフレクソエレクトリック効果によるものと推察される。通常、液晶相のフレクソエレクトリック効果による分極は流動性のため消失するが、ここでは架橋により巨視的な分極が固定されたと考えられる。尚、計算によるとメソゲンに用いたコレステロール誘導体の分子長軸方向の電気双極子モーメントは1.1 D程度であり、この電気双極子モーメントが分極をもたらしたと考えられる。
主鎖型液晶エラストマーについては、「研究実績の概要」に記載の事項に加えて、高延伸による機能付与を目的として電界紡糸によるナノファイバー作製に取り組んだ。前駆体高分子に光反応性の架橋部位を取り入れ、電界紡糸の最終段階でUV照射を行いin-situ架橋を試みた。その結果、サブミクロンオーダーの直径を持つ液晶エラストマーナノファイバーの作製に成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度で得られた側鎖型液晶エラストマーについては、電場印加時変形の検討を引き続き行う。平成30年度は、平成29年度に完成した電場誘起光軸変化測定システムを用いて電場誘起の分子再配列と形状変化の評価を行う。また平成29年度に発見したフレクソエレクトリック効果による分極の付与について今後の研究テーマに加える。主鎖型スメクチック液晶エラストマーについては、熱架橋と光架橋の両面から高配向試料の作製検討を引き続き行う。具体的な概要は以下の3点である。
(1) 電場誘起光軸変化とせん断変形：電場誘起光軸変化測定システムを用いて電傾効果について、光軸変化とせん断変形の両面から定量的な観測を行う。電傾効果について、電場誘起の分子再配列と形状変化の評価を行う。メソゲンとして、コレステロール誘導体に加えてSmC*相を発現するメソゲン化合物も検討する。
(2)広がり変形下と曲り変形下で架橋した試料を作成し、フレクソエレクトリック効果による分極の付与について組織的な研究を行なう。
(3)大変形試料の開発：熱架橋と光架橋の両面から高延伸による高配向試料を作製する。得られた試料を用いて、大変形試料の開発や電界誘起変形についての検討を引き続き行う
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