2014 Fiscal Year Annual Research Report
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26289062
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
渡辺 敏行 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10210923)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
戸谷 健朗 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 技術専門職員 (50397014)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 高分子ゲル / 光応答性 / ソフトアクチュエーター / アゾベンゼン / 高分子ネットワーク |
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| Outline of Annual Research Achievements |
アゾベンゼンを含有した末端架橋型光応答性高分子ゲルは光照射により、アゾベンゼンが伸びきったトランス体から屈曲したシス体へと異性化する際のミクロな構造変化にシンクロして、マクロな構造変化が誘起される。この際の構造変化に伴い、網目の収縮、膨張が誘起され、マイクロポンプとしての利用が可能になる。膨潤、収縮の速度は架橋点間の高分子鎖の光異性化速度および有効網目の割合による。
従来の架橋剤とオリゴマーの反応性は60%程度しかなく、完全な網目構造は10%程度であった。完全な網目構造をより多く形成するためには、架橋剤とオリゴマーの反応性が95%以上は必要である。そこで、高い反応性を有する、アミノ基と酸クロリドの反応を利用して高分子ゲルを合成した。これにより、従来よりも有効網目の多い、高分子ネットワークを形成することができた。
また、従来の高分子ゲルはアミド酸基を有しているため、空気中の水分と反応して加水分解反応を起こし、光応答性が失活してしまったが、新規に合成した高分子ゲルはアミド基の導入により加水分解反応を抑制することができた。
架橋点間のオリゴマーの分子量が増えると、光応答速度が低下してしまったが、架橋点間に分子量が約450のアゾベンゼン誘導体を導入し、架橋点間の距離を短くすることにより、高分子ゲルの光応答性を改善することができた。
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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
従来の架橋剤で合成した高分子ネットワークでは、多くの欠陥が形成され、アゾベンゼンの変形が、鎖を伝搬せずに、欠陥部位でとぎれてしまう。従って、材料全体のマクロな変形、すなわち光応答速度が遅くなってしまう。これに対して、新規架橋剤では、ほとんどの鎖が連結していくために、分子の変形がマクロな材料の変形となって直ちに伝搬し、光応答速度が20%改善した。さらに、光応答速度を向上させるためには、架橋点間の分子鎖の凝集を防ぐ必要があるが、これに関しては嵩高い置換基の導入で改善できると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
高分子ゲルからの散乱光の強度を時間や場所ごとに積算した、アンサンブル散乱光強度を求め、アンサンブル平均相関関数を求める。このアンサンブル平均相関関数を逆ラプラス変換すると、高分子ゲルの動的成分の緩和時間分布が算出できる。均一な網目構造が得られる、プレゲルの濃度を求める。また、官能基としてスルホン酸基を導入し、溶媒への溶解性の向上を目指す。官能基が３つの架橋剤よりも、官能基が４つの架橋剤の方が、ゲル化の速度が速く、しかも規則正しい構造を形成することが理論的に明らかになった。そこで本研究では４官能性の架橋剤を合成する。合成した架橋剤の化学構造はTOF-MS, NMR, FT-IR等を用いてキャラクタリゼーションする。
二光子励起重合による３次元光造形を利用して、薄膜を作製するための、幅200 nm、厚さ 1um程度の反応容器を作成する。容器の作成にはネガ型のレジスト材料であるSU-8を用いる。この反応容器中にモノマーと溶媒を流し込み、マイクロポンプを作製する。作製したインテリジェントマイクロポンプの光照射時の収縮、膨潤挙動を顕微鏡下で観察する。青色レーザー照射および緑色レーザー照射による重心の位置変化をCCDカメラに接続したデータ解析装置より取り込み、解析する。
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