2011 Fiscal Year Research-status Report
超高速応答可能な液晶性環動ゲルアクチュエータの開発
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23750259
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| Research Institution | Shibaura Institute of Technology |
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Principal Investigator |
木戸脇 匡俊 芝浦工業大学, 工学部, 准教授 (80401230)
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| Project Period (FY) |
2011-04-28 – 2014-03-31
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| Keywords | 液晶ゲル / ポリロタキサン / 環動高分子 |
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| Research Abstract |
本研究では、ポリエチレングリコール（PEG）とシクロデキストリン（CD）を用いてポリロタキサン（PR）を合成し、次に側鎖となる液晶分子を種々の長さのスペーサーを介して環状分子に導入することによって、可動な液晶側鎖を有する高分子液晶を合成する。得られた液晶性PRを示差走査熱量計（DSC）やホットステージを組み合わせた偏光顕微鏡などで観測をするとともに、低分子液晶との相溶性を調べる。さらに液晶性PRを架橋させることで液晶性環動ゲルを得る。得られた液晶性環動ゲルは、温度応答特性や電場応答特性を調べることでソフトアクチュエータとしての可能性を探求する。PRの環状分子とメソゲンをつなぐスペーサーやメソゲンの構造の液晶性への影響を調べる目的で、本年度は、スペーサーを持たない場合やエチレンオキシド鎖をスペーサーとしたメソゲン修飾PRを合成した。また、異なるメソゲンとしてアゾベンゼンを修飾した液晶性PRの合成も試み、修飾率の変化による液晶性への影響を調べた。さらに、液晶性環動ゲル合成の初期段階として、液晶性PR同士を架橋して液晶性環動ゲルを合成するのではなく、液晶性高分子をPRで架橋することによる液晶性環動ゲルの合成を試みた。光重合によるゲル化を行うため、環状分子にビニル基を導入したPRを合成し、典型的な液晶モノマーと混合し重合した。種々の構造がPRの液晶性に及ぼす効果を検討した結果、アゾベンゼンメソゲンでもシアノビフェニルと同様に液晶相を示した。スペーサーの影響では、スペーサーが全くない場合や、エチレンオキシドのように柔軟すぎる場合は、液晶性を示さないことが明らかになりつつある。また、合成の過程でシアノビフェニルは、酸化によりシアノ基がカルボン酸に変換されやすいため、シアノ基の代わりにメトキシ基などの置換基を利用した方が、合成上、有利であることがわかった。
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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
新たにアゾベンゼンを側鎖とした液晶性ポリロタキサンを合成し、修飾率と液晶性の関連を確認することができた。また、スペーサー長の影響について系統的な調査が進んでいる。さらに、ビニル基を修飾したポリロタキサンを架橋剤として、典型的な側鎖型高分子液晶の架橋に成功し、低分子液晶を含んだゲル状固体を得ることに成功した。一般的な二官能性の架橋剤と比較することで、環動特性に基づく膨潤挙動や力学特性が確認されつつある。液晶性ポリロタキサンのみで液晶環動ゲルを合成するためには、低分子液晶と液晶性ポリロタキサンとの相溶性をより向上する必要がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続きメソゲンやスペーサーの構造と液晶性の関係を調査する。シアノ基は合成の過程で酸化されることがわかったので、メソゲンのヘッドグループにはアルコキシ基などを中心に適用する。また、合成の容易さや機能材料として様々な応用展開が見込めるアゾベンゼンメソゲンを中心にスペーサー長などの影響を系統的に検討する。また、ポリロタキサンを架橋剤とした液晶環動ゲルの合成では、ビニル基修飾ポリロタキサンの液晶との相溶性を図るために、液晶基以外にもアセチル基やヒドロキシプロピル基、フェニル基などの置換基を導入して、ゲル化を試みる。環動ゲルの合成ができ次第、力学物性や電場応答性などを測定し、アクチュエータとしてポテンシャルを調べる。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
おおむね昨年度に準じるが、室温付近や低温域での液晶性をより詳細に調べるために、DSCに低温測定ユニットを付加する予定である。また、昨年度は旅費及び論文投稿料による支出が予定した額よりも少なかったため、次年度使用額が生じている。
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