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2022 Fiscal Year Annual Research Report

光重合と光配向の同時制御システムの開拓

Research Project

Project/Area Number 21H01983
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

関 隆広  名古屋大学, 工学研究科, 名誉教授 (40163084)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 原 光生  名古屋大学, 工学研究科, 助教 (10631971)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords光配向 / 光制御 / RAFT重合 / 液晶
Outline of Annual Research Achievements

近年、刺激応答機能を組み込んだ重合法の開拓が進んでいる。光照射で重合の進行のオン/オフを制御できる重合法もその一つで、米国や豪州からの報告をきっかけとして、ここ数年世界中で急激に研究が進展している。本研究では、近年発展した光制御重合と光配向の手法と融合し、光照射にて重合を制御しながら同時に光配向を施す、これまでにない光応答重合システムの創出を目指す。具体的には、アゾベンゼンを有するRAFT剤(高分子および低分子)を合成し、バルク、基板表面と空気界面から液晶性モノマーを薄膜中にて、光電子移動を組み込んだオン/オフ制御と光配向制御を試みた。
令和3年度にて、基板にモノマーを挟むことなく、片面を空気へ露出させた状況でdewettingを起こさずに安定した薄膜を得る方法を開発した。市販のRAFT剤にフッ素部位を導入し、このRAFT剤をモノマー分子に少量混合させて、表面偏析させ、イリジウム錯体の光触媒の存在下、重合させる条件を種々検討した。その結果、適切な膜厚とRAFT剤の量の条件を見出し、空気側から光で触媒を介して空気側から重合を進行させることに成功した。令和4年度は、得られた液晶高分子膜の構造評価としてPOM観測やGISAXS測定を行い、その構造特性を評価した。
さらに、令和4年度ではこうした重合系と関連して、基板表面上でのアゾベンゼンポリマー薄膜ネマチック性のシアノビフェニル液晶分子が接触することで、その界面にて各々の物質では現れない高度なスメクチック構造が形成されることを、独自のX線測定で見出したので、この現象の理解へ向けた検討も進めた。アゾベンゼン高分子を塗布した基板に5CB液晶を接触させた際に、直ちに高度なスメクチック構造が得られるとともに、数十分かけてその構造と配向が変化する様子をリアルタイムでPOM観測やGISAXS測定にて追跡することに成功した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

自由界面から重合させるうえでの大きな課題は、モノマーが低粘性であり、重合に適した100℃付近の温度では、基板上の薄膜がdewettingを起こしてしまい、膜形態を保つことができないことであった。実験過程で基板表面を液晶高分子の単分子膜レベルの超薄膜で修飾することにより、この問題を解決することができた。RAFT剤を空気表面側に偏析させるためにフッ素原子を導入し、光重合条件は良好に最適化することができ、分子量10万弱の高分子薄膜が再現よく得られる条件を見出すことができた。また、キャラクタリゼーション手法についてもほぼ確立できている。
今後、光重合と光配向の同時制御を試みた条件設定を探索しているが、上記の研究進捗から、おそらくその条件は平成5年度の一年で見出すことができると期待しており、研究はおおむね順調に進展していると判断できる。

Strategy for Future Research Activity

これまでの進捗状況で報告した通り、現時点で研究は順調に進捗しており、計画を変更する必要はなく計画通りに検討を進めていく。次の課題として、光重合と光配向を同時に進行させる手法開発であるが、アゾベンゼンを組み込んだRAFT剤を用いるか、モノマー中に数パーセントアゾベンゼン誘導体を混ぜることで、その実証が可能であると考えている。

  • Research Products

    (22 results)

All 2023 2022 Other

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 2 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 5 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] alignment and Photofixation of Chromonic Mesophase in Ionic Linear Polysiloxanes Using a Dual Irradiation System2023

    • Author(s)
      Mitsuo Hara, Ayaka Masuda, Shusaku Nagano, Takahiro Seki
    • Journal Title

      Crystals

      Volume: 13 Pages: 326 (11 pages)

    • DOI

      10.3390/cryst13020326

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Induction of Highly Ordered Liquid Crystalline Phase of an Azobenzene Side Chain Polymer by Contact with 4′-Pentyl-4-cyanobiphenyl: An In Situ Study2023

    • Author(s)
      Chikara Kawakami, Mitsuo Hara, Shusaku Nagano, Takahiro Seki
    • Journal Title

      Langmuir

      Volume: 39 Pages: 619-626

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.2c02950

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Induced smectic E phase in a binary blend of side-chain liquid crystalline polymers2022

    • Author(s)
      Naoki Hida, Tatsunaga Nakajima, Mitsuo Hara, Takahiro Seki, Shusaku Nagano
    • Journal Title

      Macromolecular Rapid Communications

      Volume: 44 Pages: 2200761(5 page)

    • DOI

      10.1002/marc.202200761

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The Effect of a Topcoat with Amorphous Polymer Layers on the Mesogen Orientation and Photoalignment Behavior of Side Chain Liquid Crystalline Polymer Films2022

    • Author(s)
      Mari Furuichi, Mitsuo Hara, Shusaku Nagano, Takahiro Seki
    • Journal Title

      Applied Sciences

      Volume: 12 Pages: 9410 (13 pages)

    • DOI

      10.3390/app12199410

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Water-Retentive/Lipophilic Amphiphilic Surface Properties Attained by Hygroscopic, Polysiloxane Ultrathin Films2022

    • Author(s)
      Mitsuo Hara, Yuuma Ueno, Shusaku Nagano, Takahiro Seki
    • Journal Title

      Journal of Fiber Science and Technology

      Volume: 78 Pages: 169-177

    • DOI

      10.2115/fiberst.2022-0021

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Humidity-Induced Self-Assembled Nanostructures via Ion Aggregation in Ionic Linear Polysiloxanes,2022

    • Author(s)
      Mitsuo Hara, Atsuki Kodama, Shohei Washiyama, Yoshihisa Fujii, Shusaku Nagano, Takahiro Seki
    • Journal Title

      Macromolecules

      Volume: 55 Pages: 4313-4319

    • DOI

      10.1021/acs.macromol.2c00404

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Photoalignment and Surface Morphing of LC Polymer Films from the Top Surface2022

    • Author(s)
      Takahiro Seki
    • Organizer
      Annual Meeting of Taiwan Liquid Crystal Society (2022 TLCS)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 光応答高分子システム---繊高研、資源研、名古屋大にて2022

    • Author(s)
      関 隆広
    • Organizer
      東京工業大学化学生命科学研究所 講演会
    • Invited
  • [Presentation] Light-driven Photoalignment and Surface Morphing in Polymer Films from the Top Surface2022

    • Author(s)
      Takahiro Seki
    • Organizer
      RadTech Asia 2022
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 光応答システム構築における空気側界面の活用2022

    • Author(s)
      関 隆広
    • Organizer
      第40回高分子表面研究会基礎講座
    • Invited
  • [Presentation] 分子集合に基づく光応答ソフトマテリアル構築の新手法の開発2022

    • Author(s)
      関 隆広
    • Organizer
      日本化学会第102春季年会
    • Invited
  • [Presentation] アゾベンゼン高分子薄膜表面にて誘起される高次液晶相2022

    • Author(s)
      河上 知良・滝島 啓介・原 光生 ・永野 修作 ・関 隆広
    • Organizer
      第71回高分子学会年次大会
  • [Presentation] 自由界面を起点とした RAFT 光重合による側鎖型液晶高分子薄膜の調製2022

    • Author(s)
      古田 大輔 ・原 光生 ・関 隆広
    • Organizer
      第71回高分子学会年次大会
  • [Presentation] 自由界面を起点とする光RAFT重合を用いた側鎖型液晶高分子薄膜の調製2022

    • Author(s)
      河上 知良,原 光生,関 隆広
    • Organizer
      2022年繊維学会年次大会
  • [Presentation] 液晶性高分子薄膜の表面から形成されるハイブリッド液晶相2022

    • Author(s)
      河上 知良,原 光生,関 隆広
    • Organizer
      第60 回日本接着学会年次大会
  • [Presentation] 自由界面を開始点とする光RAFT 重合による側鎖型液晶高分子薄膜の調製2022

    • Author(s)
      古田大輔,原 光生,関 隆広
    • Organizer
      第71回高分子討論会
  • [Presentation] アゾベンゼン高分子薄膜近傍の低分子液晶の高秩序化2022

    • Author(s)
      河上 知良、原 光生、関 隆広
    • Organizer
      第71回高分子討論会
  • [Presentation] 液晶性高分子薄膜近傍にて誘起される低分子液晶の高秩序化2022

    • Author(s)
      河上知良・原 光生・関 隆広
    • Organizer
      第73回コロイドおよび界面化学討論会
  • [Presentation] 河上知良、原光生(名大・名誉)関隆広2022

    • Author(s)
      河上知良、原光生、関隆広
    • Organizer
      2022年繊維学会秋季研究発表会
  • [Presentation] 液晶光配向膜近傍にて高秩序化する液晶相2022

    • Author(s)
      河上 知良 ・原 光生 ・関 隆広
    • Organizer
      第31回ポリマー材料フォーラム
  • [Book] 高分子材料の事典(中條善樹ら編)6基礎編, C機能性高分子, 6-21 光反応性高分子2022

    • Author(s)
      関 隆広
    • Total Pages
      2
    • Publisher
      朝倉書店
    • ISBN
      978-4-86043-535-6
  • [Remarks] 名古屋大学 大学院工学研究科 有機・高分子化学専攻 高分子化学講座 高分子組織化学グループ

    • URL

      http://www.chembio.nagoya-u.ac.jp/labhp/polymer3/index-j.html

URL: 

Published: 2023-12-25  

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