2021 Fiscal Year Annual Research Report
新たな駆動メカニズムを用いた有機結晶アクチュエータの開発
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20K22541
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
姉帯 勇人 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 若手国際研究センター, ICYS研究員 (80880286)
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| Project Period (FY) |
2020-09-11 – 2022-03-31
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| Keywords | サリエント効果 / バネ状分子 / 分子結晶 / 機械的柔軟性 / 分子内相互作用 / 分子間相互作用 / 水素結合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は、サリエント効果が期待されるバネ状分子を合成し、その物性を評価した。また、初年度に引き続き、有機結晶の柔軟性を向上させるための最適な置換基を調べるため、ハロゲンとメチル基を導入したベンゼン誘導体の単結晶を作製し、その力学的特性を調査した。
全てのバネ状分子は、鈴木―宮浦反応によって合成した。水素結合が形成可能な、ヒドロキシ基もしくはアミド基を導入したバネ状分子(1, 2)は、単結晶X線構造解析の結果から、分子内水素結合を形成しており、縮んだバネ構造を形成していた。一方、水素結合できないメトキシ基を導入したバネ状分子(3)は、伸びたバネ構造を形成していた。したがって、水素結合の有無によって、バネ状分子が伸び縮みすることが明らかとなった。更に、2の結晶は、加熱によってジャンプする、サーモサリエント結晶であることが明らかとなった。これは、内包していた溶媒の脱離に伴い、結晶構造と2の分子構造が変化したことが原因であると考えられる。よって、バネ状分子はサリエント効果を発現し得る分子であることが明らかとなった。
一方、ハロゲンとメチル基を導入したベンゼン誘導体の単結晶は、外力によってしなやかに曲がったが、その曲がり方はハロゲンやメチル基の導入数に応じて、２種類存在した。また、ナノインデンテーション測定で、曲がり方が異なる結晶の硬さを比較した所、曲がり方に因らず、硬さに変化は見られなかった。DFT計算では、曲がり方が異なる場合でも、分子間力の解離―再結合の活性化エネルギーに差は見られなく、そのため硬さに差が無かったと考えられる。以上より、有機結晶の柔軟性には、分子間力が重要であり、バネ状分子にもハロゲンやメチル基を導入することで、壊れにくい有機結晶になり得る可能性があることが明らかとなった。
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