2020 Fiscal Year Annual Research Report
Fabrication of high-efficient photomechanical materials using polymers with photoswitchable glass transition temperatures
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18K14291
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
楽 優鳳 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (00784109)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 光応答性 / 耐疲労性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、液晶ネットワークへ新規高速固体―液体転移性能を有するアゾベンゼンモノマーを組み込むことによって、室温で可逆的なガラス転移温度の変化を示し、光照射で迅速な機械的作動を示す新しい光応答性液晶ポリマー材料を創製する。
昨年度、合成した液晶ポリマーフィルムについては、光機械応答性の評価を実施した。このポリマーフィルムは、紫外線を照射することにより、瞬間的に光の方向に曲げることができる。これまで報告されている材料では、光に機械反応するまでに数十秒から数分かかるので、今回作成したフィルムは、光刺激に対して高い光機械的反応性がある。高い光機械的反応性について、2つの理由が考えられる。一つは、固体―液体転移性が高いアゾベンゼンモノマーを使用していることである。もう一つは、ポリマーネットワークの自由体積が大きいことである。この光機械的反応はまた、黄色からオレンジへの色の変化を伴う。これを利用して、光を使ってフィルムにマイクロスケールとマクロスケールのパターンを可逆的に形成することも可能である。さらに、架橋されたポリマーのフォトパターニングが高速且つ可逆的であるのは、アゾがH-アグリゲーションを阻害し、結晶状態およびフィルム状態でもトランスからシスへ光異性化が効果的に起こるためであることがわかった。このポリマーフィルムは光を使うことにより、マクロスケールやミクロスケールのパターンを高い応答性と解像度で、柔軟に可逆的に書き込んだり消したりすることができた。さらに、これらのポリマーフィルムは耐疲労性が高く、紫外/可視光の交互照射下で数百回に及ぶ光書き込み・消去試験を行っても、劣化することはなかった。耐疲労性が高いということは、アゾポリマーが効率的に光異性化を行えることにより、光エネルギーをポリマーネットワーク内の化学構造内に繰り返し取り入れて変換する能力があることを示している。
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