2019 Fiscal Year Annual Research Report
Characterization of the soft elasticity of liquid crystal elastomers by various stretching modes
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18H02034
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
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Principal Investigator |
浦山 健治 京都工芸繊維大学, 材料化学系, 教授 (20263147)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小椎尾 謙 九州大学, 先導物質化学研究所, 准教授 (20346935)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 液晶エラストマー / 液晶 / エラストマー / ゴム / 液晶高分子 / 高分子液晶 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
液晶エラストマー(LCE)は，液晶配向とゴム弾性のカップリングによりソフト弾性という特異な力学特性を示すゴムである。これまでに，液晶の初期配向と垂直方向に伸長すると非常に小さな力で大変形できる特性が明らかにされており，ソフト弾性理論によって解釈されてきた。しかし，実験で調べられている変形モードは専ら一軸変形である。一軸変形はゴムが物理的に可能な変形のうちの特殊な一変形にすぎず，実用的にはゴムが様々な変形をうけることを考えても，多様な変形モードで力学物性を調べることの重要性は明らかである。本研究は，(1)液晶の初期配向に対して様々な角度で一軸伸長したときの力学応答，(2)ランダム配向のポリドメインLCEを垂直な二方向に様々な大きさの組み合わせで二軸伸長したときの力学応答，(3)ランダム配向のポリドメインLCEのねじり変形下での力学応答，を調べた。(1)では伸長角度がゼロ度（液晶配向に平行）に近くなるにつれて，伸長応力が一定となるひずみ領域が狭くなることを見出し，当該ひずみ領域の伸長角度依存性を理論的に説明することに成功した。（２）については，二方向のひずみ比に関係なく，二方向の真応力が均等化されること，およびその大きさが荷重面の表面積のみの関数になる，という液体的挙動を示すことを発見した。また，その挙動を理論的に説明することにも成功した。（３）については，LCEは一般的なゴムに比べて，ずり応力に対する法線応力が著しく大きく，小さなねじりひずみで座屈変形を示すことを明らかにした。これらの成果は，ソフト弾性効果の多様な変形モードでの顕在化を実験的に明らかにしたものであり，新しい問題を提起しただけでなく，応用的な面でも大きな意義をもつ。
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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
一軸伸長下の力学物性については2報の原著論文を発表した。二軸伸長下の力学物性の結果については原著論文を投稿し，査読中である。ねじり変形下の力学物性については実験を完了し，結果については学会で発表している。ねじり変形については投稿論文を作製中である。このように，研究計画にある全ての変形モードの実験を完了し，結果を論文や学会で発表したことから，研究計画どおりに順調に進展したと考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究によって，時間効果が無視できる擬平衡状態の多様な変形モード下のLCEの力学挙動が解明された。興味深いのは，力学緩和のダイナミクスであり，ほとんど調べられていないのが現状である。液晶配向とひずみのカップリングが生む特異的なダイナミクスは学問的に興味深い問題であるとともに，実用面でも特異な粘弾性を示すゴムとしての応用が期待できる。
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