シングルドメインソフトマターが拓く新構造と物性に関する研究

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H01034
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 福島 孝典 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (70281970)
• 研究分担者: 尾原 幸治 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 回折・散乱推進室, 主幹研究員 (00625486) ; 梶谷 孝 東京工業大学, オープンファシリティセンター, 技術職員 (20469927)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 自己組織化 / ソフトマター / シングルドメイン / X線構造解析 / 音波浮遊

研究実績の概要

研究代表者らが見出した、シングルドメインソフトマターの構造、相挙動、粘弾性の解明からスタートし、その展開（課題１）、発展研究（課題２）、およびその融合研究を通じ、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、自発的シングルドメイン化をもたらす構造要素とメカニズム、さらにそこに潜む物理化学を探求し、シングルドメインソフトマターを形成する分子ライブラリを構築する。課題２では、音波浮遊技術をソフトマターの構造化に適用し、シングルドメイン化または超精密分子配向制御を可能にする「分子自己集合場」を設計する。
課題１では、分子凝縮相に関する既存概念では説明しえないシングルドメインを形成するシステムに関する研究過程で新たに発見した、ディスコティック液晶カラムの巨視的力学応答について検討した。具体的には、トリフェニレンにフルオロアルキル鎖を導入した液晶試料を加熱溶融し、等方性液体相から冷却すると、垂直配向したカラムナー液晶が得られる。ところがこの誘導体に剪断力を与えると、液晶カラムの配向が基板に対して水平配向へと一様に変化した。既存のディスコティックカラムナー液晶はこのような力学応答性は示さない。詳細な検討から、今回見出した液晶の異常な力学挙動の機構の解明にも至っている。加えて、お椀型分子をコアとする液晶が、剪断力に応じてまさに積み重ねたお椀のような集団運動を示すことを発見したほか、おわん分子の側鎖にイオン官能基を導入した新規誘導体において、分子の集合化における新挙動も見出している。
課題２では、本研究で開発した音波浮遊溶融装置について論文誌や学会を通じて広く国内外に発信した。本装置を用いた実験により、液晶や高分子がmmサイズのシングルドメインの球状構造体が得られることを示したほか、浮遊させた有機化合物の混合液体中で分子が一様に配向することを発見している。

現在までの達成度 (段落)

令和2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2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Graz University of Technology(オーストリア)
  • 国名: オーストリア
  • 外国機関名: Graz University of Technology
• [国際共同研究] ハイデルベルク大学/ベルリン・フンボルト大学(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: ハイデルベルク大学/ベルリン・フンボルト大学
• [国際共同研究] University of St Andrews(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University of St Andrews
• [雑誌論文] Changing the structural and physical properties of 3-arm star poly(δ-valerolactone)s by a branch-point design (2021)
  • 著者名/発表者名: Hibiki Ogiwara, Fumitaka Ishiwari, Tadahiro Kimura, Yukihiro Yamashita, Takashi Kajitani, Atsuki Sugimoto, Masatoshi Tokita, Masaki Takata, Takanori Fukushima
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 57 ページ: 3901-3904
  • DOI: 10.1039/D1CC01092A
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design of a molecular memory element with an alternating circular array of dipolar rotors and rotation suppressors (2020)
  • 著者名/発表者名: Takuya Miyazaki, Yoshiaki Shoji, Fumitaka Ishiwari, Takashi Kajitani, Takanori Fukushima
  • 雑誌名: Chem. Sci. 巻: 11 ページ: 8388-8393
  • DOI: 10.1039/D0SC02836C
  • 査読あり
• [雑誌論文] Accurate Synchrotron Hard X-ray Diffraction Measurements on High-Temperature Liquid Oxides (2020)
  • 著者名/発表者名: Koji Ohara, Yohei Onodera, Shinji Kohara, Chihiro Koyama, Atsunobu Masuno, Akitoshi Mizuno, Jumpei T. Okada, Shuta Tahara, Yuki Watanabe, Hirohisa Oda, Yui Nakata, Haruka Tamaru, Takehiko Ishikawa, Osami Sakata
  • 雑誌名: International Journal of Microgravity Science and Application 巻: 37 ページ: 370202
  • DOI: 10.15011/jasma.37.2.370202
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Single-crystal-like chiral organic droplets exhibiting unidirectional rotating sliding (2020)
  • 著者名/発表者名: Takashi Kajitani
  • 雑誌名: SPring-8 Research Frontiers 2019 巻: 22 ページ: 54-55
  • オープンアクセス
• [学会発表] 音波浮遊溶融により形成する高配向分子自己集合体のin situ重合 (2021)
  • 著者名/発表者名: 梶谷 孝・田中 大喜・尾原 幸治・福島 孝典
  • 学会等名: 日本化学会第101春季年会
• [学会発表] 二次元超分子足場によるπ電子系機能団の空間制御した集積化 (2021)
  • 著者名/発表者名: 福光 真人・福井 智也・庄子 良晃・梶谷 孝・福島 孝典
  • 学会等名: 日本化学会第101春季年会
• [学会発表] シンプルな分子系が織りなす新現象・機能 (2020)
  • 著者名/発表者名: 福島 孝典
  • 学会等名: 第1３回 ChemBio ハイブリッドレクチャー
  • 招待講演
• [学会発表] 1,8,13-トリプチセンアミノトリプチセンを鍵中間体とする新規三脚型トリプチセン誘導体の合成と集合化挙動 (2020)
  • 著者名/発表者名: 神屋 智希・村木 亮介・石割 文崇・梶谷 孝・庄子 良晃・福島 孝典
  • 学会等名: 第69回高分子討論会
• [学会発表] 未来志向の化学分析～新たな分子集合場の創製と精密構造解析～ (2020)
  • 著者名/発表者名: 梶谷 孝
  • 学会等名: 人・環境と物質をつなぐイノベーション創出ダイナミック・アライアンス第9回技術支援シンポジウム
• [備考] 東京工業大学福島・庄子研究室ウェブサイト
  • URL: http://fuku.res.titech.ac.jp
• [備考] 東京化成工業株式会社 1,8,13-トリヒドロキシトリプチセン製品ウェブサイト
  • URL: https://www.tcichemicals.com/JP/ja/p/D5823
• [備考] 東京化成工業株式会社 1,8-ジドデシルオキシ-13-メトキシトリプチセン製品ウェブサイト
  • URL: https://www.tcichemicals.com/JP/ja/p/D5881
• [備考] 高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター 回折・散乱 Ⅱ グループウェブサイト
  • URL: http://rud.spring8.or.jp/member/0020758.html