2021 Fiscal Year Research-status Report
球状液晶エラストマーを用いた二周波駆動型ソフトアクチュエータの開発
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20K05656
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
金子 光佑 立命館大学, 生命科学部, 助教 (30469192)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 液晶 / エラストマー / 誘電率異方性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では高齢化社会を見据えた介護ロボットへの応用を視野にいれ、電場印加による液晶分子の配向制御技術を駆使し、印加交流電場の周波数変化により液晶分子の配向方向を制御して(二周波駆動方式)異方的な形状変化を引き起こす液晶アクチュエータの開発を目的としている。この研究目的を遂行するために以下の３つのアプローチで研究を進めている。
(1)二周波駆動性を有する液晶分子を設計し、液晶相の発現温度範囲を室温に持つ新規二周波駆動液晶を創製する(化学的アプローチ)
(2)液晶材料の二周波駆動性を誘電率異方性から評価する(物理学的アプローチ)
(3)フローフォーカシングデバイスを用いた球状エラストマーの作製(工学的アプローチ)
交流電場の周波数の違いにより異なる誘電率異方性を示す二周波駆動液晶を用いて球状液晶エラストマーを新規に合成し、電場応答性を持つ微小サイズアクチュエーターへの応用を図った。R3年度は、架橋剤の分子構造に注目し、構造の異なるビニル系架橋剤(ビニル基を持つ化合物)をそれぞれ用いて球状液晶エラストマーを作製した。その中で、環状構造を有するビニル系架橋剤を用いて作製した球状エラストマーにおいて、直流電場を印加した際に即座に球状エラストマーの形状が球形から楕円形に変化した。また、1000 kHzの交流電場を印加した場合においては、印加電場方向に対して垂直の方向に球形から楕円形に変化した。しかし、どちらの場合においても電場を除去した際、形状が元の形に戻る様子は観察されなかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
フローフォーカシングデバイスを用い、粒径を制御した球状液晶エラストマーの合成には成功したものの、電場印加による可逆的な形状変化は現在までに得られていない。この結果は、二周波駆動液晶および架橋剤の化学構造や比率に大きく依存すると予想され、各成分比を系統的に変化させてエラストマーを合成する必要性が示唆された。これらの状況を鑑み、研究はやや遅れていると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度であるR4年度は、これまでに得られた結果を踏まえ、二周波駆動液晶および架橋剤の比率を系統的に変化させて球状液晶エラストマーを合成する。またフローフォーカシングデバイスを用いた際の有機相および水相の流速を適正化し、粒径が小さくかつ粒径分布の小さい球状液晶エラストマーの合成条件を再検討する。得られた球状エラストマーに交流電場を印加し、その印加電場の周波数を変化させつつ偏光顕微鏡観察を行う。球状液晶エラストマーに対して交流電場を印加した際の形状変化の有無を比較するとともに、構成比率と形状変化量との相関や、形状変化速度について詳しく調査する。
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