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Quantitative analysis and function development of molecular crystals with photo-triggered phase transition

Research Project

Project/Area Number 19K23638
Research Category

Grant-in-Aid for Research Activity Start-up

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section 0501:Physical chemistry, functional solid state chemistry, organic chemistry, polymers, organic materials, biomolecular chemistry, and related fields
Research InstitutionWaseda University

Principal Investigator

Taniguchi Takuya  早稲田大学, データ科学センター, 准教授(任期付) (20843907)

Project Period (FY) 2019-08-30 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords光トリガー相転移 / 力学特性 / 弾性率 / 発生力 / メカニカル機能 / 構造相転移 / 光反応 / 応力ひずみ / ヤング率 / 応力ひずみ特性
Outline of Research at the Start

研究代表者はこれまで外部刺激でメカニカルに動く有機結晶を開発してきた。光反応や熱的な構造相転移によって動くメカニカル結晶の開発に成功し、さらに最近、光によって構造相転移が起きる「光トリガー相転移」という新現象を発見した。温度変化させることなく光で相転移を起こすことができる新しい機構の相転移であるが、その定量的解析は未だできていない。そこで本研究では最初に、この光トリガー相転移結晶の光反応に伴う応力・ひずみを測定し、発現機構に定量的な考察を与える。次いで、新しい光トリガー相転移結晶の開発、および光トリガー相転移の発現条件を明らかにし、最終的に、光トリガー相転移による新機能の開拓を目指す。

Outline of Final Research Achievements

The photo-triggered phase transition is a phenomenon in which a structural phase transition of a crystal is induced by light, and differs from other light-responsive phenomena in that the structural change propagates to regions where light does not reach. We measured the elastic moduli of photoisomerized crystals that exhibit this light-triggered phase transition and found that there is a large anisotropy in the elastic moduli. We succeeded in performing a quantitative analysis of the deformation as well as a finite element method simulation analysis of the torsional deformation behavior of the crystal with photo-triggered phase transition. We also succeeded in measuring the force generated by light irradiation, and found that the photo-triggered phase transition leads to a unique time course of force generation behavior.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

結晶材料に光を照射し、構造変化にともなう変形や発生する力を定量的に測定しました。変形解析では、本研究によってねじれ変形の詳細な発現機構が明らかになりました。力測定では、光トリガー相転移によって力の時間変化が特徴的な挙動を示しました。これらの定量解析の結果は、光応答現象と材料力学の学理において有用な知見になると考えられます。また、光を用いることの利点として遠隔操作できることや、局所照射できることなどが挙げられ、このような光応答性結晶材料により、光によって操作できるセンシングやスイッチング、メモリ、アクチュエータの開発につながる可能性があります。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (35 results)

All 2022 2021 2020 2019

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results) Presentation (31 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Superelasticity of a photo-actuating chiral salicylideneamine crystal2022

    • Author(s)
      Taniguchi Takuya、Ishizaki Kazuki、Takagi Daisuke、Nishimura Kazuki、Shigemune Hiroki、Kuramochi Masahiro、Sasaki Yuji C.、Koshima Hideko、Asahi Toru
    • Journal Title

      Communications Chemistry

      Volume: 5 Issue: 1 Pages: 4-4

    • DOI

      10.1038/s42004-021-00618-8

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Mechanically Responsive Soft Crystals Induced by Light and Heat2021

    • Author(s)
      TANIGUCHI Takuya
    • Journal Title

      Nihon Kessho Gakkaishi

      Volume: 63 Issue: 1 Pages: 31-37

    • DOI

      10.5940/jcrsj.63.31

    • NAID

      130007994789

    • ISSN
      0369-4585, 1884-5576
    • Year and Date
      2021-02-28
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  • [Journal Article] Actuation performance of a photo-bending crystal modeled by machine learning-based regression2021

    • Author(s)
      Ishizaki Kazuki、Sugimoto Ryota、Hagiwara Yuki、Koshima Hideko、Taniguchi Takuya、Asahi Toru
    • Journal Title

      CrystEngComm

      Volume: - Issue: 34 Pages: 5839-5847

    • DOI

      10.1039/d1ce00208b

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  • [Journal Article] Crystal actuator based on a thermal phase transition and photothermal effect2020

    • Author(s)
      Hagiwara Yuki、Taniguchi Takuya、Asahi Toru、Koshima Hideko
    • Journal Title

      Journal of Materials Chemistry C

      Volume: 8 Issue: 14 Pages: 4876-4884

    • DOI

      10.1039/d0tc00007h

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      Kazuki Ishizaki, Yuki Hagiwara, Hideko Koshima, Takuya Taniguchi, Toru Asahi
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Published: 2019-09-03   Modified: 2023-12-25  

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