| 研究領域 | ソフトクリスタル：高秩序で柔軟な応答系の学理と光機能 |
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| 研究課題/領域番号 |
20H04677
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
理工系
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| 研究機関 | 早稲田大学 |
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研究代表者 |
谷口 卓也 早稲田大学, データ科学センター, 准教授(任期付) (20843907)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2021年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2020年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
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| キーワード | 光トリガー相転移 / メカニカル機能 / 構造相転移 / 光反応 / 力学特性 / メカニカルソフトクリスタル / 光異性化 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
光や熱などの外部刺激によって変形するメカニカル有機材料は、新しいスマートアクチュエータ材料として、ソフトロボットへの応用が期待されている。メカニカル機能を多様化させるために色々なメカニカル結晶を探索した結果、「光トリガー相転移」という新現象を発見した。光トリガー相転移は、光反応生成物によって生じる結晶内部のひずみに起因し、そのひずみを解消するように結晶構造変化がドミノ倒しのように進行し、最終的には結晶全体の結晶構造が変わる、という発現機構である。本研究では、この光トリガー相転移をメカニカル機能創出に利用することで、次世代のアクチュエータ材料に資するメカニカルソフトクリスタルの開発を目指す。
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| 研究実績の概要 |
光や熱などの外部刺激によって変形するメカニカル有機材料は、新しいスマートアクチュエータ材料として、ソフトロボットへの応用が期待されている。また、ソフトクリスタルは有機系固体を主とした材料であり、弱い外部刺激によって構造変化するため新しいエネルギー変換材料として期待されている。研究代表者がこれまでに発見していた光トリガー相転移という現象は、光によって構造相転移を誘起する新しい機構の相転移であり、本研究課題は光トリガー相転移を利用してソフトクリスタルのメカニカル機能を創出することを目指したものである。
光トリガー相転移によるメカニカル機能創出にあたり、光トリガー相転移によってソフトクリスタルにねじれ変形が発生することはこれまでに分かっていたが、その理由は不明であった。そこで有限要素法による変形シミュレーションを行ったところ、結晶角がわずかに異なる転移前の相と転移後の相が存在することでねじれが発生することが分かった。また、相転移前後には光異性化も起こっており、それによる屈曲挙動も再現することができた。光照射時の変形過程と光を止めた後の戻り過程にはひずみのヒステリシスがあることがわかり、形状記憶合金でよく知られる超弾性現象が、光トリガー相転移で変形中の結晶でも見られることがわかった。本研究成果をもとに学術論文を発表し（Commun. Chem, 2022）、プレスリリースも行った結果、日刊工業新聞および化学工業日報に取り上げられた。また、いくつかの学会や研究会で本成果を発表した。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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