コレステリック液晶ガラスの創製とそのらせん構造に基づく光位相制御機能の応用

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11555252
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 渡辺 順次 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (90111666)
• 研究分担者: 幸正 弘 大日精化工業(株), 中央研究所, 研究員 ; 小堀 良浩 日石三菱(株), 中央研究所, 研究員 ; 川内 進 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (80204676)
• キーワード: タンパク質 / セルロース / キチン質 / コレステリック液晶 / 螺旋構造 / 液晶ガラス / 光位相制御 / 分光フィルター

研究概要

本研究は、省資源、省エネルギーを目指し、生体関連高分子をキラル高分子素材として利用し、それが形成するコレステリック液晶の螺旋構造を固化し、様々な光位相マニュピレーション機能を持つフィルムの作成を試みたものであり、以下のような成果を得るに至った。
1.コレステリック液晶素材として、キラル生体高分子であるタンパク質、セルロース、キチン質を化学修飾し、サーモトロピック液晶高分子に変換したものが、安価でかつ有用な素材であることを明らかにした。
2.これらの生体系高分子のコレステリック液晶では、剛直分子がフィルム面内に面配向するため、螺旋がフィルム面に均一かつ垂直に成長すること、螺旋ピッチの温度依存性が著しく高いため、処理温度の選択によりいかなるピッチの螺旋でも調整できること、また側鎖種の変化により、複屈折値を多様に変えることができるなどの特徴が認められた。
3.コレステリックの螺旋構造は、サーモトロピック液晶を急冷ガラス化する手法と、重合溶剤を20〜30%含ませ、それを重合する方法で定量的に固化す名ことができることが判明し、所望の螺旋ピッチを持ち、かつモノドメインの螺旋構造のフィルムを定常的に調製できることが判明した。
4.光学素材としては、微細構造の書き込み、すなわち場所によっては螺旋ピッチが異なったり、また螺旋軸の配向様式が変わったりした試料、が必要であるが、サーマルヘッド、あるいは紫外、赤外光照射による書き込み操作で、最低十ミクロンの線幅での書き込み操作が可能であることが判明した。
5.以上の手法で作成したフィルムが、プリントカラー素材、イレーザブル記録材料、円偏光分光フィルター、赤外、紫外カットフィルター、光位相差板、直線偏光子などの光位相マニュウピレーション材料として幅広く有用に活用できるものであることを示すことができた。

研究成果

• [文献書誌] H.Kosho,S.Hiramatsu,T.Nishi,Y.Tanaka and J.Watanabe: "Thermotropic cholesteric liquid crystals in ester derivatives of hydroxypropylcellulose"High Perfom. Polym.. 11. 41-48 (1999)
• [文献書誌] Y.Hirose,M.Tokita,T.Watanabe,S.Miyata and J.Watanabe: "Second harmonic generation from chiral nematic liquid crystals"Intelligent Materials. 9. 18-22 (1999)
• [文献書誌] H.Kosho,Y.Tanaka,T.Ichizuka,S.Kawauchi and J.Watanabe: "Distinct temperature dependence of cholesteric pitch in lyotropic cholesteric solutions of polypeptide"Polymer J.. 31. 199-202 (1999)
• [文献書誌] Y.Hirose,M.Tokita,T.Watanabe,S.Miyata and J.Watanabe: "Enhancement of second harmonic generation due to selective reflection of the polypeptide liquid crystal"Nonlinear Optics. 22. 67-70 (1999)
• [文献書誌] 幸正弘,伊勢浩志,田中康之,川内進,渡辺順次: "コレステリック液晶の固定化によるカラーフィルム.1.ヒドロキシプロピルセルロースのプロピオン酸エステル-アクリル溶剤系のリオトロピック・コレステリック液晶の作製とその光重合によるらせん構造の固定化"色材. 72. 581-589 (1999)
• [文献書誌] 渡辺順次: "生物と液晶"液晶学会誌. 5. 101-109 (2001)
• [文献書誌] 渡辺順次(分担): "液晶便覧"丸善出版. (1999)