Identification of Molecular Structures Exhibiting Axial Polarization-Ferroelectric Columnar Liquid Crystal Phases and Expansion to New Molecular Designs

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H02809
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 35030:Organic functional materials-related
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: Kishikawa Keiki 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (40241939)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 液晶 / 強誘電性 / 柱状液晶相 / 分極 / 記録材料 / スイッチング / ナノテクノロジー

Outline of Final Research Achievements

In this study, we attempted to clarify the mechanism of polarization maintenance and the required molecular structure of N,N'-bis(3,4,5-trialkoxyphenyl)urea (R = (S)-citronellyl group), which exhibits a polarization-maintainable ferroelectric columnar liquid crystal (FCLC) phase. A compound with rac-citronellyl groups was found to undergo chiral sorting and exhibit similar polarization maintenance. Regioselective introduction of (S)-citronellyl and decyl groups to the phenyl groups revealed that the citronellyl groups at the 3- and 5-positions play an important role in the polarization maintenance. Furthermore, the introduction of a branched alkyl chain lowers the temperature range of the FCLC phase and achieves a room temperature responsive FCLC phase.

Free Research Field

液晶化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究により、カラム軸方向に分極を有する強誘電性柱状液晶化合物が合成され、カラム毎の分極制御を達成することができ、数ナノ～数百ナノサイズで設計図通りの複雑な3次元形状を有するポリマーを作製する技術に繋がる。従来の方法では、このサイズのポリマーはほとんど球状で、サイズ・形状の厳密な制御はできていない。本研究から発展する方法により、将来、ナノ～サブミクロンレベルの分子機械や電子デバイス等の極めて微小な部品を設計図通りにつくる技術が開発されると考えられる。また、高感度の診断を実現するために必要な、個々のタンパク質やウイルスを選択的に捕捉するような空間を持つ構造体を作製することができるようになる。