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自己集合場の設計によるソフトマテリアルの超精密分子配向制御と機能開発

研究課題

研究課題/領域番号 21K04877
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分29020:薄膜および表面界面物性関連
研究機関東京工業大学

研究代表者

梶谷 孝  東京工業大学, オープンファシリティセンター, 上席技術専門員 (20469927)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
キーワードソフトマテリアル / 自己集合 / 分子配向 / シングルドメイン / 音波浮遊
研究開始時の研究の概要

本研究では、世界的にも歴史的にも類を見ない、分子配向が超精密に制御されたシングルドメインソフトマテリアルの構造形成を、「自己集合場」を用いることで種々のソフトマテリアルに広く適用するための手法を開発するとともに、それによって得られる物質を用いた高機能性材料の開発を進める。

研究実績の概要

本研究では、申請者らが見出した、世界的にも歴史的にも類を見ない新たな性質を示すシングルドメインソフトマテリアルの構造形成を、「自己集合場」を用いることで種々のソフトマテリアルに広く適用するための手法の開発(課題1)と、それによって得られる物質を用いた高機能性材料の開発(課題2)を通じ、ソフトマターの基礎科学に新たなフロンティアを築くことを目的とする。課題1では、自己集合場として基板(固体)界面が存在せず、空気界面のみを作り出すことの出来る音波浮遊溶融技術を用い、自発的超精密分子配向制御やシングルドメイン形成を実現する液晶・高分子物質の分子ライブラリを構築するとともに、普遍的手法やアプローチの開拓を行う。課題2では、ソフトマテリアルの超精密配向制御を有機・高分子合成に応用するための反応場の設計に展開し、既存の物質では得られない新たな分子集合形態や高配向性を示す材料を創製することで、それらの材料による特異な光・電子機能発現を目指す。
令和5年度は令和4年度までに実施した課題1および課題2の結果をさらに発展させた。具体的には以下について取り組んだ。これまでの研究では溶融状態での高配向ソフトマテリアルの創製を目指してきたが、実際の有機材料合成では主に溶液中での反応が用いられる。そこで令和5年度は、様々な溶液中での反応を行うための溶媒の特性を知るために、研究代表者が管理するX線装置を用いたin-situ XRD測定により各種有機溶媒が形成する液滴の形態および構造を検討した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

令和5年度は前年度までの課題1および課題2の検討をさらに発展させて、有機液滴の形態と分子集合構造を評価した。具体的には以下について取り組んだ。これまでの研究では溶融状態での高配向ソフトマテリアルの創製を目指してきたが、実際の有機材料合成では主に溶液中での反応が用いられる。そこで令和5年度は、様々な溶液中での反応を行うための溶媒の特性を知るために、各種有機溶媒が形成する液滴の形態および構造を研究代表者が管理するX線装置を用いたin-situ XRD測定により検討した。その結果、いくつかの芳香族有機溶媒では液滴表面での分子配向が制御されていることが明らかとなった。他方、脂肪族有機溶媒ではそのような構造的特徴は観測されなかった。これらの検討から、「自己集合場」を使ったシングルドメイン構造を形成し、高機能な材料を創製するための反応場の確立および、物性評価を目指した研究を展開しており、論文等への外部発表に向けて準備を進めている。
したがって、本研究はおおむね順調に進展している。

今後の研究の推進方策

令和6年度は、課題1および課題2で得られた成果のまとめとして、論文等の外部発信を進める。加えて、構造制御にもとづく物性の制御についても議論する。特に、分子配向の影響を強く受ける物性(力学、電子、光学)を中心に広く検討する。
上記物性評価の結果についても外部発信を行う。

報告書

(3件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (25件)

すべて 2024 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (13件) (うち国際共著 2件、 査読あり 13件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (11件)

  • [国際共同研究] 香港理工大学(中国)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Red-light-controlled supramolecular assemblies of indigo amphiphiles at multiple length scales2024

    • 著者名/発表者名
      Yau Jerry Chun-Kit、Hung Ka-Lung、Ren Yikun、Kajitani Takashi、Stuart Marc C.A.、Leung Franco King-Chi
    • 雑誌名

      Journal of Colloid and Interface Science

      巻: 662 ページ: 391-403

    • DOI

      10.1016/j.jcis.2024.02.075

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Tailoring Multicontrolled Supramolecular Assemblies of Stiff-Stilbene Amphiphiles into Macroscopic Soft Scaffolds as Cell-Material Interfaces2024

    • 著者名/発表者名
      Cheung Leong-Hung、To Jeffrey C.、Wong Wai-Ki、Stuart Marc C. A.、Kajitani Takashi、Keng Vincent W.、Leung Franco King-Chi
    • 雑誌名

      ACS Applied Materials & Interfaces

      巻: 16 号: 3 ページ: 4056-4070

    • DOI

      10.1021/acsami.3c16795

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A Coformer Approach for Supramolecular Polymerization at High Concentrations2023

    • 著者名/発表者名
      Isobe Atsushi、Kajitani Takashi、Yagai Shiki
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 62 号: 46

    • DOI

      10.1002/anie.202312516

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synthesis and Characterization of Side-Chain Liquid-Crystalline Block Copolymers Containing Cyano-Terminated Phenyl Benzoate Moieties2023

    • 著者名/発表者名
      Takahashi Kaito、Taguchi Daisuke、Kajitani Takashi、Fukushima Takanori、Kubo Shoichi、Shishido Atsushi
    • 雑誌名

      Molecules

      巻: 28 号: 23 ページ: 7849-7849

    • DOI

      10.3390/molecules28237849

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effective Design for Long-Range Polymer Ordering Using Triptycene-Containing Side Chains2023

    • 著者名/発表者名
      Yu Jiatong、Itagaki Ayami、Chen Yugen、Fukui Tomoya、Ishiwari Fumitaka、Kajitani Takashi、Fukushima Takanori
    • 雑誌名

      Macromolecules

      巻: 56 号: 12 ページ: 4556-4565

    • DOI

      10.1021/acs.macromol.3c00795

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Collective bending motion of a two-dimensionally correlated bowl-stacked columnar liquid crystalline assembly under a shear force2023

    • 著者名/発表者名
      Shoji Yoshiaki、Komiyama Ryo、Kobayashi Miki、Kosaka Atsuko、Kajitani Takashi、Haruki Rie、Kumai Reiji、Adachi Shin-ichi、Tada Tomofumi、Karasawa Naoyuki、Nakano Hiroshi、Nakamura Hisao、Sakurai Hidehiro、Fukushima Takanori
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 9 号: 19

    • DOI

      10.1126/sciadv.adg8202

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Amplification of molecular asymmetry during the hierarchical self-assembly of foldable azobenzene dyads into nanotoroids and nanotubes2023

    • 著者名/発表者名
      T. Saito, T. Kajitani, S. Yagai
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc.

      巻: 145 号: 1 ページ: 443-454

    • DOI

      10.1021/jacs.2c10631

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Overcoming the entropy of polymer chains by making a plane with terminal groups: A thermoplastic PDMS with a long-range 1D structural order2023

    • 著者名/発表者名
      Y. Chen, F. Ishiwari, T. Fukui, T. Kajitani, H. Liu, X. Liang, K. Nakajima, M. Tokita, T. Fukushima
    • 雑誌名

      Chem. Sci.

      巻: 14 号: 9 ページ: 2431-2440

    • DOI

      10.1039/d2sc05491d

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Individually separated supramolecular polymer chains towardsolution-processable supramolecular polymeric materials2023

    • 著者名/発表者名
      T. Shimada, Y. Watanabe, T. Kajitani, M. Takeuchi, Y. Wakayama, K. Sugiyasu
    • 雑誌名

      Chem. Sci.

      巻: 14 号: 4 ページ: 822-826

    • DOI

      10.1039/d2sc06089b

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Design of discotic liquid crystal enabling complete switching between and memory of two alignment states over a large area2022

    • 著者名/発表者名
      Y. Shoji, M. Kobayashi, A. Kosaka, R. Haruki, R. Kumai, S. Adachi, T. Kajitani, T. Fukushima
    • 雑誌名

      Chem. Sci.

      巻: 13 号: 34 ページ: 9891-9901

    • DOI

      10.1039/d2sc03677k

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Introduction of Triptycene with a Particular Substitution Pattern into Polymer Chains Can Dramatically Improve the Structural and Rheological Properties2021

    • 著者名/発表者名
      Ishiwari Fumitaka、Okabe Gen、Kajitani Takashi、Fukushima Takanori
    • 雑誌名

      ACS Macro Letters

      巻: 10 号: 12 ページ: 1529-1534

    • DOI

      10.1021/acsmacrolett.1c00660

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Structure-preserving Solid-state Thermal Huisgen Cycloaddition Polymerization of a Self-assembled Triptycene-based AB<sub>3</sub>-type Monomer2021

    • 著者名/発表者名
      Ishiwari Fumitaka、Kawahara Shintaro、Kajitani Takashi、Fukushima Takanori
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 50 号: 12 ページ: 2006-2010

    • DOI

      10.1246/cl.210476

    • NAID

      130008131938

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Changing the structural and physical properties of 3-arm star poly(δ-valerolactone)s by a branch-point design2021

    • 著者名/発表者名
      Ogiwara Hibiki、Ishiwari Fumitaka、Kimura Tadahiro、Yamashita Yukihiro、Kajitani Takashi、Sugimoto Atsuki、Tokita Masatoshi、Takata Masaki、Fukushima Takanori
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 57 号: 32 ページ: 3901-3904

    • DOI

      10.1039/d1cc01092a

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 双極性分子ローターユニットの二次元集積化と動的挙動2024

    • 著者名/発表者名
      小川竹次郎, 石割文崇, 竹原 陵介, 庄子 良晃, 梶谷孝, 笹川崇男, 矢澤宏次, 福島 孝典
    • 学会等名
      日本化学会第104春季年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] トリプチセン超分子足場によるアセン類の二次元集積化と一重項分裂特性2023

    • 著者名/発表者名
      福光 真人, 福井 智也, 庄子 良晃, 梶谷 孝, 酒井 隼人, 羽曾部 卓, 福島 孝典
    • 学会等名
      第33回基礎有機化学討論会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 側鎖にトリプチセン部位をもつジブロックコポリマーの自己集合挙動と力学物性2022

    • 著者名/発表者名
      Chen Yugen, 福井智也, 梶谷孝, 福島孝典
    • 学会等名
      第71回高分子討論会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 1,8位置換トリプチセン部位をブロックセグメントとして有する温度応答性トリブロックコポリマーの自己集合挙動2022

    • 著者名/発表者名
      Yu Jiatong, 福井智也, 梶谷孝, 福島孝典
    • 学会等名
      第71回高分子討論会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 三脚型トリプチセンを両末端に有するポリエチレングリコールの水中での自己集合挙動2022

    • 著者名/発表者名
      Chen Yugen、石割文崇、福井智也、梶谷孝、福島孝典
    • 学会等名
      第71回 高分子学会年次大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] トリプチセン超分子足場によるアセン類の2次元高密度集積化2022

    • 著者名/発表者名
      福光 真人・福井 智也・庄子 良晃・梶谷 孝・酒井 隼人・羽曾部 卓・福島 孝典
    • 学会等名
      日本化学会第102春季年会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] X線散乱・回折装置への各種大型装置の組み込みによるin-situ測定2022

    • 著者名/発表者名
      梶谷 孝
    • 学会等名
      実験・実習技術研究会2022
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] トリプチセン超分子足場によるアセン類の二次元高密度集積化2021

    • 著者名/発表者名
      福光 真人・福井 智也・庄子 良晃・梶谷 孝・酒井 隼人・羽曾部 卓・福島 孝典
    • 学会等名
      第31回基礎有機化学討論会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 三脚型トリプチセンを両末端に有するテレケリックポリエチレングリコールの自己集合挙動とゲル化特性2021

    • 著者名/発表者名
      陳 玉根・石割 文崇・福井 智也・梶谷 孝・福島 孝典
    • 学会等名
      第70回高分子学会年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Mechanical and membrane-forming properties of tripodal-triptycene terminated polydimethylpolysiloxane2021

    • 著者名/発表者名
      Yugen Chen, Fumitaka Ishiwari, Tomoya Fukui, Takashi Kajitani, Takanori Fukushima
    • 学会等名
      第70回高分子討論会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Self-assembling behavior and mechanical properties of triptycene-appended block copolymers2021

    • 著者名/発表者名
      Ayami Itagaki, Fumitaka Ishiwari, Tomoya Fukui, Takashi Kajitani, Haonan Liu, Xiaobin Liang, Ken Nakajima, Takanori Fukushima
    • 学会等名
      第70回高分子討論会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

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