2021 Fiscal Year Research-status Report

高分子光運動材料の液体窒素中における光変形メカニズムの探究

Research Project

Project/Area Number	21K05171
Research Institution	Chuo University
Principal Investigator	宇部達中央大学, 研究開発機構, 機構准教授 (80613364)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords	架橋液晶高分子 / フォトクロミズム / 光アクチュエーター / フォトメカニカル効果
Outline of Annual Research Achievements	架橋液晶高分子にアゾベンゼンなどのフォトクロミック色素を導入すると，光照射によるフィルムの変形が可能になる。この高分子光運動材料は，電源や配線が不要なソフトアクチュエーターとしての応用が期待されている。これまでの研究において，光変形が液体窒素中においても誘起されることが明らかになっている。本研究は，フォトクロミック液晶高分子における分子レベルの構造とマクロな光応答性との相関を攻究し，極低温における変形メカニズムを解明することを目的している。本年度は，液晶高分子における配向相関制御と光変形の温度依存性について探究した。アゾベンゼン/ビシクロヘキシル系およびアゾベンゼン/フェニルシクロヘキシル系について，重合基およびスペーサー長を様々に変化させてフィルムを作製した。高分子フィルムの液晶性は側鎖スペーサー長に依存し，スペーサーをもたない場合は液晶性を示さなかった。液体窒素中における変形挙動を評価したところ，スペーサーをもたないフィルムはシス－トランス異性化に伴う変形を示したのに対し，スペーサーを有するフィルムでは変形が僅かであった。これは，液晶相よりも等方相の方がアゾベンゼン部位周囲の自由体積が大きいためであると考えている。室温においては，液晶相を示すフィルムの方が光相転移に伴う大きな変形を示すが，液体窒素中においては自由体積が重要な要因であることが示唆された。また，アゾベンゼンを主鎖に有する液晶高分子および非晶高分子を新たに合成した。いずれのフィルムも延伸処理によりアゾベンゼンを配向させることが可能であり，室温において紫外光・可視光を照射すると可逆的に屈曲した。これらのフィルムについても屈曲挙動の温度依存性を評価し，フォトクロミック分子導入部位と変形挙動の相関を明らかにする予定である。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 2021年度は，液晶高分子における配向相関制御と光変形の温度依存性評価を主要課題として検討した。側鎖型高分子について液晶部位のコア構造・スペーサー長および重合基を様々に変化させることにより液晶性を制御し，液体窒素中における光変形挙動と構造との相関を見いだすことができた。また，より強い配向相関を示す主鎖型アゾベンゼン高分子から成る光運動材料を開発することができた。これらの成果は当初計画の目標水準に到達しており，研究は順調に進展している。
Strategy for Future Research Activity	2022年度においては，前年度に得られた主鎖型アゾベンゼン高分子について光変形の温度依存性を評価し，側鎖型との比較を行う。これにより，フォトクロミック分子や液晶部位の導入位置と光変形挙動との相関を明らかにする。また，フォトクロミック分子の構造についても検討を行い，低温においてより大きい光応答を示す光運動材料の開発をめざす。
Causes of Carryover	ほぼ計画通りに研究を遂行し，4,995円の次年度使用額が生じた。モノマー合成のための試薬購入費として使用予定である。