Quantitative analysis and function development of molecular crystals with photo-triggered phase transition
| Project/Area Number |
19K23638
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
0501:Physical chemistry, functional solid state chemistry, organic chemistry, polymers, organic materials, biomolecular chemistry, and related fields
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
谷口 卓也 早稲田大学, データ科学センター, 講師(任期付) (20843907)
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| Project Period (FY) |
2019-08-30 – 2022-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2020)
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| 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)
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| Keywords | 光トリガー相転移 / メカニカル機能 / 構造相転移 / 光反応 / 発生力 / 応力ひずみ / ヤング率 / 応力ひずみ特性 |
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| 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。
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| Outline of Annual Research Achievements |
申請者は光によって結晶の構造相転移を誘起できる「光トリガー相転移」という相転移現象をこれまでに発見していた。この光トリガー相転移は光が到達していない領域にまで構造変化が伝播する点が他の光応答現象と異なり、また、分子の光異性化に起因するため、逆異性化によってもとの結晶相に戻ることができる可逆的な相転移である。このように、光トリガー相転移についての現象論的な理解は得られていたが、定量的な解析はその時点ではできていなかった。本研究課題は、光トリガー相転移結晶を定量的に解析することを目的としたものである。
2019年度に光トリガー相転移結晶のヤング率や発生力の測定系は確立できていた。2020年度は光トリガー相転移の変形や発生力を測定し、それらの光強度依存性や結晶サイズ依存性を明らかにした。また、光トリガー相転移結晶に光照射しながら赤外分光測定を行った。光トリガー相転移結晶は光照射によって分子のヒドロキシ基がカルボニル基に変化するため、赤外スペクトルのヒドロキシ基に対応するピークが光照射によって減少する。この性質を利用して、ヒドロキシ基に対応する赤外吸収ピークの減少量から、結晶中にできた光生成物の割合を算出し、ひずみの大きさと対応付けた。
さらに、光トリガー相転移結晶との比較対象として、分子構造は類似しているが光トリガー相転移は起きない結晶を用い、同様に変形や発生力の観察・測定を行い、光トリガー相転移結晶独自の変形と発生力の特異な挙動を明らかにすることができた。
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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
光トリガー相転移結晶の発生力の光強度依存性や結晶サイズ依存性を明らかにすることができた。赤外分光測定の結果から結晶中の光生成物の割合を算出することができ、ひずみの大きさと対応付けることができた。また、分子構造は類似しているが光トリガー相転移は起きない結晶を比較対象に用いたことで、光トリガー相転移結晶の発生力の特異な挙動を明らかにすることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
光トリガー相転移結晶の変形挙動と有限要素法による変形シミュレーションとを対応づけ、結晶中の応力分布を明らかにする。また、ナノスケールの力学特性を測定し、マクロスケールでの力学応答と比較し、力学特性と光トリガー相転移の相関を明らかにしていく。
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Report
(2 results)
Research Products
(21 results)
