2021 Fiscal Year Research-status Report
光刺激と化学刺激の多重協働活性化を活用した高機能材料群の創成
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21K05181
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
正井 宏 東京大学, 大学院総合文化研究科, 助教 (70793149)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | マイクロパターニング / ソフトマテリアル / 弾性率 / 発光性材料 / π共役化合物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光加工性材料は大面積に対するマイクロスケールの精密加工や遠距離からの加工が可能という点で高い汎用性を有し、医療・電子・プロセス工学など多岐にわたる分野での応用が期待されている。しかし、光加工可能な材料は光に不安定という根源的なトレードオフ問題を抱えており、環境光によって材料が変性するなど、材料を長期に利用し続ける困難であり、光加工した材料は実材料として利用しにくいという本質的な障害を有していた。
本研究では、この問題を解決するための方法論として、光のみではなく化学刺激の共存下でのみ加工可能な「多重協働活性化」を着想した。加工時には光と化学刺激を用いた多重協働活性化によって光加工を行いつつ、加工後は化学刺激を除去することで、光加工性と光に対する安定性を両立可能である。
本年度は、π共役骨格を拡張した白金アセチリド錯体を導入した高分子ゲル材料において、多重協働活性化に基づくを用いた材料の機能化と多様化を実現した。これを利用して、白金アセチリド錯体の開裂反応を利用して、三次元的な光変形と光安定性を両立する二層ゲル材料を作製した。光加工に無活性なpassive層と活性なactive層の各ゲルが重なる二層のゲルを作製したところ、本材料が酸と共に光照射されるとき、Active層のみで架橋が切断されてより膨潤することで、材料全体として変形が生じた。光の微細性の活用として、塩酸を含む試料に、斜め45°の縞模様の光パターニングを行ったところ、局所的な膨潤により、らせん形上に変化した。さらに塩酸を除去した後、その発光性から局所的な膨潤度を算出することで、材料は局所的に3倍程度の膨潤度を持たせることで、初めて明瞭ならせん構造を形成することが明らかとなった。したがって、本材料は膨潤などの局所的な物性を発光で定量することに成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は、π共役骨格を拡張した白金アセチリド錯体を導入した高分子ゲル材料において、多重協働活性化に基づくを用いた材料の機能化と多様化を実現した。錯体を高分子ネットワーク材料中の架橋剤として導入することで、光・酸の単独刺激では安定でありながらも、二刺激共存化でのみ架橋点が切断され、加工可能な材料であった。これを利用して、白金アセチリド錯体の開裂反応を利用して、三次元的な光変形と光安定性を両立する二層ゲル材料を作製した。光加工に無活性なpassive層と活性なactive層の各ゲルが重なる二層のゲルを作製したところ、本材料が酸と共に光照射されるとき、Active層のみで架橋が切断されてより膨潤することで、材料全体として変形が生じた。光の微細性の活用として、塩酸を含む試料に、斜め45°の縞模様の光パターニングを行ったところ、局所的な膨潤により、らせん形上に変化した。さらに塩酸を除去した後、その発光性から局所的な膨潤度を算出することで、材料は局所的に3倍程度の膨潤度を持たせることで、初めて明瞭ならせん構造を形成することが明らかとなった。したがって、本材料は膨潤などの局所的な物性を発光で定量することに成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、得られた材料に対して多重協働活性化で結合を開裂する際に、任意の位置に対して光照射を行うことで、材料ネットワークの切断のみならず、機能性部位の切断を行う。架橋点を部分的に切断した場合、架橋密度が変化しヤング率変化がもたらされる。これを意図した位置・サイズで作用させることで、形状変化や膨潤のプログラム化を後天的にもたらす技術の創成につながる。加えて、高分子側鎖が持つ発光部位・液晶部位・重原子を切除することで、光照射部位のみ選択的に発光性・液晶性・屈折率をそれぞれ制御可能となる。さらにフォトマスクを用いて光照射位置をマイクロオーダーで制御することで、従来技術では困難な材料中の発光・偏光・屈折率などの光物性に対する後天的マイクロパターニングを実現する。このように1つの材料中に複数の力学・光物性をパターニングしつつ、得られた材料から化学刺激を除去することで、光加工に基づきながらも光に安定な高機能材料群を創成する。マイクロパターンを転写した材料に対して、動的粘弾性などのマクロな機械物性や、パターニングに基づく発光・偏光・屈折率変化を測定することで、光微細加工に基づく特異な材料特性を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染症の影響により分散登校を行った結果、合成実験を実施できなくなるなど研究活動に制約が生じ、新規に装置購入が必要な段階に到達していない。この影響により残額が生じたが、次年度以降に繰越しを行なうことで、当初計画していた研究成果を達成できる見込みである。
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