2021 Fiscal Year Annual Research Report
Fundamental studies on liquid crystal compound with larger dielectric permittivity than 10000
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18H03920
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
菊池 裕嗣 九州大学, 先導物質化学研究所, 教授 (50186201)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
奥村 泰志 九州大学, 先導物質化学研究所, 准教授 (50448073)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 液晶 / 強誘電性 / ネマチック / スメクチック / 自発分極 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
一般に、強誘電性は反転対称性のない結晶固体で現れ、物質の空間対称性と流動性が増大すると強誘電性は失われる。申請者らは無限回回転対称軸と連続並進対称性を有し、液体並みの高い流動性を有するネマチック液晶相において強誘電性を発見した。本研究では、新規強誘電性液晶相の発現機構を分子論的、構造論的、現象論的に解明し、これら液晶相の学術的理解を深めるとともに、そのユニークな特徴を活かした革新的な機能性の開拓をおこなった。
スメクチック相における強誘電性は1974年にMeyerらによってキラルスメクチックＣ相で発見されて以来活発に研究されてきた。その後Watanabeらによって屈曲したアキラル分子のスメクチック相においても強誘電性が発見され注目された。これら強誘電性スメクチック相はC2またはC2vの空間対称性を有し、強誘電性を示す結晶の10の点群に含まれていた。またこれらの強誘電相は、スメクチックの層構造に平行方向に自発分極を示し、自発分極の大きさは0.2-0.5 μC cm-2 体であった。本研究では、前項の化合物1のジオキサン基に直結するフェニル基のフッ素基をなくす（水素に置換）ことで、スメクチックＡ相が現れ、その相で層平面に垂直、すなわち、配向ベクトルに平行方向に自発分極を示すことを見出した。その自発分極の大きさは3-4 μC cm-2 と巨大で、ほぼ全ての分子が一方向を向いている計算になる。この強誘電性スメクチックＡ相はC∞vの対称性を有し、上記10の点群に含まれない点で特異である。この相の大きな特徴として電場のオン／オフでSHG強度の緩和が見られないメモリー性を有することである。この性質は応用上大きなメリットがあり、ソフト強誘電体としての新たな可能性が期待できる。
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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
本研究で、1,3-ジオキサン骨格を有する液晶化合物 (C3DIO) の化学構造を種々変化させた化合物を合成し、その物性、特に強誘電性を測定した。その結果。C3DIOの一部のフッ素置換基を減らした単純な構造の化合物で強誘電性を示すスメクチックAを発見した。この成果は世界初の発見であり研究は順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き比誘電率および誘電異方性が異常に大きい液晶物質(DIO)の関連物質の合成をさらに進め、それらの誘電緩和、分極反転挙動、第二次高調波発生などを詳細に測定し、その電気的性質や分子配列構造の評価を行う。前年度に一定の成果を挙げたスメクチック相における強誘電性をさらに発展させる。基礎研究に加え、焦電効果などの応用展開も進める。研究の遂行上問題は生じていない。
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