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2017 年度 実施状況報告書

動的共有結合を導入した架橋液晶高分子の自由成形と光運動プログラミングへの展開

研究課題

研究課題/領域番号 17K19161
研究機関中央大学

研究代表者

池田 富樹  中央大学, 研究開発機構, 機構教授 (40143656)

研究期間 (年度) 2017-06-30 – 2019-03-31
キーワード架橋液晶高分子 / アゾベンゼン / 光運動材料 / フォトクロミック分子 / 動的共有結合 / 光配向
研究実績の概要

フォトクロミック分子を有する架橋液晶高分子は,光照射に応答してマクロな変形を示すため,ソフトアクチュエーターとしての応用が期待されている。しかし架橋高分子は本質的に不溶・不融であるため,一度ネットワーク構造が形成されるとその後の成形加工は困難であった。この課題を克服することができれば,高分子光アクチュエーターの用途に応じた自在設計が可能になる。これまでの研究において,側鎖型架橋液晶高分子の架橋部位に動的共有結合を導入することにより,架橋の組替えによる再成形を可能にした。本研究は,架橋の組替えの原理を用いてメソゲンの任意配向と流動を実現することを目的としている。
まず,これまでに作製した動的共有結合を有する側鎖型架橋液晶高分子について,加熱下において直線偏光を照射することにより光配向を検討した。架橋密度の高い系においては,直線偏光照射によるメソゲン再配向は誘起されなかった。これは架橋部位のメソゲンが初期配向を記憶しており,これを消去するのが困難であるためと考えている。そこで架橋密度を低下させたところ光配向が可能になり,架橋の組替えにより新たな配向が記憶されること分かった。光照射配向処理後のフィルムについて,室温で紫外光を照射するとマクロな変形が起こった。
また,主鎖に動的共有結合を含む架橋液晶高分子を新たに作製した。加熱下において一軸伸長し応力緩和実験を行ったところ,架橋高分子であるにも関わらず応力がほぼ完全に緩和した。これは架橋の組替えにより主鎖の形態緩和が可能になるためであると考えている。側鎖型と比較したところ,主鎖型はより高い成形性を示すことが分かった。一軸伸長時の温度制御によりメソゲンの配向制御も可能であり,配向処理後のフィルムに紫外光を照射すると光源に向かって屈曲した。

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

平成29年度は,光配向手法の開拓と流動可能な光応答性架橋液晶高分子の創出を同時並行で遂行した。従来の側鎖に動的共有結合を含むフィルムについて,架橋密度を制御することにより,光配向の適用が可能になった。また,新たに主鎖に動的共有結合を含む架橋液晶高分子を開発し,高温条件における流動が可能になった。これらの成果は当初計画の目標水準に到達しており,研究は順調に進展している。

今後の研究の推進方策

平成30年度においては,前年度に得られた知見に基づき,光配向によるパターニングと主鎖型架橋液晶高分子における光配向について検討する。パターニング手法を確立することにより,フィルム内に様々な初期配向を施すことが可能になり,光変形の三次元制御が期待できる。さらに光配向パターニングを主鎖型試料にも適用することにより,高い成形性と配向制御性を併せ持つ架橋液晶高分子の創出が可能になる。初期形状・初期配向を様々に制御することにより光アクチュエーターの高機能・高性能化をめざす。

次年度使用額が生じた理由

(理由)2017年度は側鎖および主鎖に動的共有結合を有する架橋液晶高分子をいろいろ合成したが,これらの化合物と類似した化合物は研究室において従来より合成されてきており,購入済みの試薬やガラス器具が使用可能であったため予定より消耗品費の支出が少なく,次年度(2018年度)使用額が生じた。
(使用計画)2017年度未使用分については,2018年度にモノマーの大量合成に用いる試薬・ガラス器具やソフトアクチュエーターやソフトロボット作製に用いる基板・光学フィルター・LED光源などの消耗品費に充てる。

  • 研究成果

    (19件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 6件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] 中国科学院(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      中国科学院
  • [雑誌論文] Interpenetrating Polymer Network of Liquid-Crystalline Azobenzene Polymer and Poly(dimethylsiloxane) as Photomobile Materials2017

    • 著者名/発表者名
      T. Ube, K. Minagawa, T. Ikeda
    • 雑誌名

      Soft Matter

      巻: 13 ページ: 5820-5823

    • DOI

      Doi: 10.1039/c7sm01412k

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Precise Bending Control of Crosslinked Liquid-Crystalline Polymer by Two-Photon Processes2018

    • 著者名/発表者名
      Shota Sasaki, Toru Ube, Kenji Katayama, Masayasu Muramatsu, Hikaru Sotome, Hiroshi Miyasaka, Tomiki Ikeda
    • 学会等名
      CEMS International Symposium on Supramolecular Chemistry & Functional Materials 2018 (CEMSupra2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] Nanoporous Thin Films of PEO-Containing Side-Chain Liquid-Crystalline Block Copolymers with Organic Semiconductor2018

    • 著者名/発表者名
      Naoto Yanahashi, Toru Ube, Tomiki Ikeda
    • 学会等名
      CEMS International Symposium on Supramolecular Chemistry & Functional Materials 2018 (CEMSupra2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] 主鎖に動的共有結合を有する架橋液晶高分子の再成形性の評価2018

    • 著者名/発表者名
      松下将也・川崎恭平・宇部達・池田富樹
    • 学会等名
      日本化学会第98春季年会
  • [学会発表] 架橋アゾベンゼン液晶高分子/ポリシロキサン複合相分離型光運動材料の光応答性2018

    • 著者名/発表者名
      依田拓也・宇部達・池田富樹
    • 学会等名
      日本化学会第98春季年会
  • [学会発表] 光配向を利用した高分子アクチュエーターの創製と光応答性の評価2018

    • 著者名/発表者名
      角田春菜・川崎恭平・宇部達・池田富樹
    • 学会等名
      日本化学会第98春季年会
  • [学会発表] 極低温下における架橋液晶高分子中のアゾベンゼンの光異性化の評価2018

    • 著者名/発表者名
      荻久保俊哉・橋本岳・宇部達・須田理行・山本浩史・池田富樹
    • 学会等名
      日本化学会第98春季年会
  • [学会発表] ポリ(4-ビニルピリジン)ポリマーブラシへの水素結合を介したπ共役系分子の導入2018

    • 著者名/発表者名
      中山蕗夢・宇部達・芳賀正明・池田富樹
    • 学会等名
      日本化学会第98春季年会
  • [学会発表] フォトクロミック分子を組み込んだ高分子ネットワークを有する液晶デバイスの電気光学特性2018

    • 著者名/発表者名
      鈴木貴也・宇部達・池田富樹
    • 学会等名
      日本化学会第98春季年会
  • [学会発表] Photomobile Polymer Materials with Programmable Functions2017

    • 著者名/発表者名
      Tomiki Ikeda, Kiyohide Takado, Kyohei Kawasaki, Shota Sasaki, Toru Ube, Masayasu Muramatsu, Hiroshi Miyasaka
    • 学会等名
      9th International Liquid Crystal Elastomer Conference (ILCEC 2017)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] The Formation of Ordered Nanostructures in Liquid-Crystalline Block Copolymers with Side-Chain Semiconductor Materials2017

    • 著者名/発表者名
      Naoto Yanahashi, Toru Ube, Tomiki Ikeda
    • 学会等名
      21th International Symposium on Advanced Display Materials & Devices (ADMD 2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] Two-Photon Actuation of Crosslinked Liquid-Crystalline Polymers Utilizing Energy Transfer System2017

    • 著者名/発表者名
      Shota Sasaki, Toru Ube, Kenji Katayama, Masayasu Muramatsu, Hiroshi Miyasaka, Tomiki Ikeda
    • 学会等名
      21th International Symposium on Advanced Display Materials & Devices (ADMD 2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] Photoalignment of Polymer Actuator with Dynamic Covalent Bonds2017

    • 著者名/発表者名
      Haruna Tsunoda, Kyohei Kawasaki, Toru Ube, Tomiki Ikeda
    • 学会等名
      21th International Symposium on Advanced Display Materials & Devices (ADMD 2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] 動的共有結合を有する液晶エラストマーにおける液晶光配向制御2017

    • 著者名/発表者名
      角田春菜・川崎恭平・宇部達・池田富樹
    • 学会等名
      第66回高分子学会年次大会
  • [学会発表] エステル交換反応を利用した動的共有結合ポリマーにおける液晶光配向制御2017

    • 著者名/発表者名
      角田春菜・川崎恭平・宇部達・池田富樹
    • 学会等名
      2017年日本液晶学会討論会
  • [学会発表] オリゴチオフェン液晶を含む両親媒性ブロック共重合体のミクロ相分離構造制御2017

    • 著者名/発表者名
      柳橋尚斗・宇部達・池田富樹
    • 学会等名
      2017年日本液晶学会討論会
  • [学会発表] 二光子励起による光運動材料の光屈曲挙動2017

    • 著者名/発表者名
      佐々木翔大・宇部達・片山建二・村松正康・宮坂博・池田富樹
    • 学会等名
      2017年日本液晶学会討論会
  • [備考] 池田研ホームページ

    • URL

      http://www.chem.chuo-u.ac.jp/~ikedalab/index.html

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公開日: 2018-12-17  

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