2013 Fiscal Year Research-status Report
液晶中の転傾の形状を模倣した無機構造体を用いた新液晶相の創出法の確立
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25610123
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Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
内田 幸明 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (60559558)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 液晶相 / 多孔質 / 相転移 |
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| Research Abstract |
配向秩序を持つ流体である液晶相のうち、フラストレート相と呼ばれる一群の相は、配向秩序が低く高エネルギーの配向欠陥 (転傾) が、配向秩序の高い部分と複雑に絡み合った構造を持つ。原理的には、フラストレート相の転傾部位を別の物質で再現できれば、フラストレート相以外の液晶相との複合化によって、あらゆるフラストレート相が実現できるはずである。本研究では、この普遍的手法の可能性を探るため、フラストレート相ではないコレステリック相との複合化により、フラストレート相であるコレステリックブルー相IIを誘起する、転傾模倣構造体を開発する。
本年度は、転傾模倣構造体としてポーラスカーボンを合成してコレステリック相と複合化し、光学的性質について検討したので、報告する。
球状の単分散シリカ粒子 (Si-MDP) を鋳型にカーボンを合成することでポーラスカーボンを得た。具体的には平均粒子径0.80～1.10 mのSi-MDPによって粒子配列を形成した後、隙間にレゾルシノール-ホルムアルデヒド樹脂を形成し、焼成により形成したシリカ・カーボン複合体のシリカを酸で溶解し、電界放出形走査電子顕微鏡を用いて観察した。
次に、得られたポーラスカーボンにコレステリック液晶を浸透させ、偏光顕微鏡観察と反射光スペクトル測定によって、複合化による構造変化について検討した。その結果、元のコレステリック相とは異なる光学的性質を示すことが明らかとなった。このことから、多孔質によってコレステリック相ではない液晶相を誘起することができることが示唆された。以上の研究成果については、2013年日本液晶学会討論会にて、ポスター発表を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
交付申請書において、平成25年度については、以下の二項目について、検討することを予定していた。①コレステリックブルー相IIの転傾構造を模倣したポーラスカーボンの合成とコレステリック液晶の浸透と②液晶配向場のシミュレーションである。現在までの達成度としては、研究実績の概要にも記載したとおり、①については学会発表を済ませており、現在投稿論文を執筆中である。一方の②については、コレステリックブルー相II発現に必要なコレステリック液晶の物質定数を見積もるため、①のポーラスカーボンの空孔領域における液晶配向場シミュレーションを用いて実験を再現することを目標としていた。しかし、平成25年度はシミュレーションを走らせることが可能な環境を整えることに時間が掛かってしまい、現在のところ実験を再現するには至っていない。
一方、平成26年度の研究実施計画として予定した③酸化亜鉛粒子(ZnO-MDP)の合成とコレステリック液晶への分散については、前倒しして進めることができた。現在のところ、単分散性の高いテトラポッド型ZnO-MDPの作製に成功し、液晶中に分散させることに予備的に成功している。再現性・定量性を確認して、平成26年度の早い段階で公表したいと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度以降は、実験的には、ポーラスカーボン・ZnO-MDPの合成の効率化について検討する他、それらと液晶との複合体の作製法の確立と相の同定法の開発について検討を行う。また、液晶の配向場のシミュレーションについて検討を行い、実験結果と比較可能な物性値を計算によって求める方法を開発する。
①ポーラスカーボン・ZnO-MDPとコレステリック液晶との複合化
ポーラスカーボン・ZnO-MDPとN*液晶を混合し、偏光顕微鏡観察やX線回折実験、コッセル線解析などで構造を決定する。ポーラスカーボンとZnO-MDPの表面の液晶分子配向がランダムとなり、コレステリックブルー相を誘起できない可能性がある。その場合、ポーラスカーボン・ZnO-MDP表面をBP IIの転傾表面の水平配向を再現することで解決する。ポーラスカーボンの場合には液晶と相分離し、界面に吸着することで配向膜となるPEG等の高分子を少量溶解したコレステリック液晶を、ポーラスカーボンに浸透させる。また、ZnO-MDPの場合には、PVA等の水平配向剤を塗布することで配向処理を行う。
②液晶配向場・粒子配列の同時シミュレーション
コレステリックブルー相の発現に必要なコレステリック液晶と転傾模倣構造体の物質定数を見積もるため、配向場シミュレーションを行う。
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