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共集積コアシェル型カラムナー液晶を用いる革新的電場応答材料の開拓

研究課題

研究課題/領域番号 18J14400
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 高分子化学
研究機関東京大学

研究代表者

矢野 慧一  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2018-04-25 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
2019年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2018年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
キーワード超分子重合 / 液晶媒体 / カラムナー液晶 / 電場配向 / 磁場配向 / キラル無機ナノ粒子 / 磁性ナノ粒子 / 磁気光学効果 / コアシェル構造 / 光応答性 / AND論理回路
研究実績の概要

本研究者が開拓してきたコアシェル型共集積カラムナー液晶は、棒状液晶分子を媒体として円盤状モノマーが超分子重合することによって、超分子ポリマーからなるコアを棒状液晶分子のシェルが取り囲んだ階層構造を有する(K. Yano et al. Science 2019)。
本液晶材料のさらなる機能化を目指し、当該年度では円盤状コアの側鎖末端に安定有機ラジカルを有するモノマーを用いた。本モノマーの超分子重合を棒状液晶媒体中にて検討すると、モル比1対3混合物がヘキサゴナル格子を有する共集積カラムナー相を発現することを見出した。各種分光測定により、このコアシェル型カラムが水素結合によって保たれ、そのらせん情報が周縁部の有機ラジカル部位にまで伝搬していることが明らかとなった。また磁気測定により、カラムナー液晶材料が常磁性を有し、有機ラジカル間にスピンースピン交換相互作用が存在することが示唆された。興味深いことに、この共集積カラムナー液晶は直流電場に応答して平行配向するだけでなく、磁場印加によって垂直配向を示すことを見出した。このように電場でも磁場でも配向可能なカラムナー液晶材料はこれまでに例がない。

上記の研究経験を基に、ミシガン大学・Kotov教授の指導の下、無機ナノ粒子の自己集合化に取り組んだ。当該研究室が最近報告したキラル磁性ナノ粒子は、磁場印加により光学密度が40%減少する「磁場誘起透明性」を示す。この磁性ナノ粒子を用い、種々のアルカリ土類金属イオンと混合しpHを調整することで、走査型電子顕微鏡下で幅数百ナノメートルのプレート状構造体が観察され、さらにこれらが集合化した直径数マイクロメートルの球状集合体も確認された。磁性ナノ粒子と同様に、この集合体も磁気光学応答性を示し、興味深いことに、その光学密度の変化量は濃度の増大に伴い最大70%にまで大きくなることを見出した。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2019 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 2件) 備考 (5件)

  • [国際共同研究] University of Michigan/University of Pennsylvania(米国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] KRICT(韓国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Supramolecular Polymerization in Liquid Crystalline Media: Toward Modular Synthesis of Multifunctional Core?Shell Columnar Liquid Crystals2019

    • 著者名/発表者名
      Yano Keiichi、Hanebuchi Takahiro、Zhang Xu-Jie、Itoh Yoshimitsu、Uchida Yoshiaki、Sato Takuro、Matsuura Keisuke、Kagawa Fumitaka、Araoka Fumito、Aida Takuzo
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 141 号: 25 ページ: 10033-10038

    • DOI

      10.1021/jacs.9b03961

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nematic-to-columnar mesophase transition by in situ supramolecular polymerization2019

    • 著者名/発表者名
      Yano Keiichi、Itoh Yoshimitsu、Araoka Fumito、Watanabe Go、Hikima Takaaki、Aida Takuzo
    • 雑誌名

      Science

      巻: 363 号: 6423 ページ: 161-165

    • DOI

      10.1126/science.aan1019

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Hierarchical Coassembly of Rod and Disk Molecules into Hybrid Core-Shell Columnar Liquid Crystal2019

    • 著者名/発表者名
      Keiichi Yano, Yoshimitsu Itoh, Fumito Araoka, Takuzo Aida
    • 学会等名
      27th International Liquid Crystal Conference (ILCC2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Helical Core-shell Columnar Liquid Crystalline Coassembly by in situ Supramolecular Polymerization2019

    • 著者名/発表者名
      Keiichi Yano, Yoshimitsu Itoh, Fumito Araoka, Takuzo Aida
    • 学会等名
      CEMS Topical Meeting on Modern Ferroelectrics 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Modular Approach to Optoelectrically Responsive Columnar Coassembly2019

    • 著者名/発表者名
      Keiichi Yano, Yoshimitsu Itoh, Fumito Araoka, Takuzo Aida
    • 学会等名
      第99日本化学会春季年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] 東京大学工学部プレスリリース

    • URL

      https://www.t.u-tokyo.ac.jp/foe/press/setnws_201901111441152386355135.html

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] 理化学研究所プレスリリース

    • URL

      http://www.riken.jp/pr/press/2019/20190111_1/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] Phys.org

    • URL

      https://phys.org/news/2019-01-logic.html

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] Photonics Media

    • URL

      https://www.photonics.com/Articles/Engineers_Perform_Computational_Logic_with/a64312

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] ASCA Corporation

    • URL

      https://www.asca-co.com/blog/science/entry20190118111146.html

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2018-05-01   更新日: 2024-03-26  

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