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2021 年度 実績報告書

液晶/高分子の異方的・階層的に不均一なメゾ相分離創製と熱応答型光波制御素子の開発

研究課題

研究課題/領域番号 19K03779
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

垣内田 洋  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (40343660)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード光重合誘起相分離 / 液晶高分子ネットワーク液晶 / 反応性メソゲン / ネマチック-等方相転移 / ウレタン基 / 不均一露光 / 偏光選択素子 / スマートウィンドウ
研究実績の概要

自己組織化的な作製法である光重合誘起相分離(PPIPS)の技術を発展させ、メゾ相分離領域のサイズおよび形状と、ドメイン中の液晶と反応性メソゲンの分子配向秩序を積極的に制御し、以下二つの事例に挙げるように、より具体的な光学応用に向けた液晶/高分子の複合構造を開発した。
原材料と紫外照射時の光強度および温度を調整し、PPIPSにより液晶と反応性メソゲンを同一方向・一様に共配向させたまま反応性メソゲンを重合させ、液晶との相分離領域サイズをサブ~数ミクロンで制御して構造を作り込んだ。この液晶と高分子のメゾスケール複合構造は、低温で光学的に均一な透明状態、高温で不均一な白濁状態の切り換えを生じる。この切り換えにより、半球透過率で20%以上調光することができ、省エネ型のスマートウィンドウへの応用が見込まれる。
露光時の光照射強度を異方的に不均一化することで、PPIPS過程を通して光拡散型の偏光選択素子を作製した。これはレーザー不均一露光法の発展技術で、特殊な光拡散板でスペックルパターンを照射して異方性相分離を発現し、自己組織化的に液晶分子を特定方向に配向させることができる。原材料にウレタン基が含まれる等方性モノマーとシアノ基が含まれる液晶を用いることで高い偏光選択性が得られ、入射光の偏光方向により透明と光拡散の状態が切り換わり、偏光消光比<0.1を達成した。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件) 備考 (2件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Thermoresponsive Reflective Scattering of Meso-Scale Phase Separation Structures of Uniaxially Orientation-Ordered Liquid Crystals and Reactive Mesogens2021

    • 著者名/発表者名
      Kakiuchida Hiroshi、Kabata Masayuki、Matsuyama Takanori、Ogiwara Akifumi
    • 雑誌名

      ACS Applied Materials &amp; Interfaces

      巻: 13 ページ: 41066~41074

    • DOI

      10.1021/acsami.1c10377

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermally responsive polymer-dispersed liquid crystal diffusers fabricated using laser speckle pattern irradiation2021

    • 著者名/発表者名
      Ogiwara Akifumi、Kakiuchida Hiroshi
    • 雑誌名

      Applied Optics

      巻: 60 ページ: 10246~10246

    • DOI

      10.1364/AO.443216

    • 査読あり
  • [学会発表] 高分子ネットワーク液晶で作製した偏光性と偏向性と刺激応答性をもった光拡散素子2022

    • 著者名/発表者名
      垣内田洋, 荻原昭文
    • 学会等名
      応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 半球透過率制御性の高い熱応答型高分子ネットワーク液晶2021

    • 著者名/発表者名
      垣内田洋, 加畑雅之, 松山剛知, 荻原昭文
    • 学会等名
      日本液晶学会討論会
  • [学会発表] Selective light diffusion of polymer network liquid crystals formed through photopolymerization induced phase separation by nonuniform photoirradiation2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Kakiuchida and Akifumi Ogiwara
    • 学会等名
      Optics of Liquid Crystals
    • 国際学会
  • [備考] 温度に応じて太陽光の透過光量を自律制御できる液晶複合材料を開発

    • URL

      https://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2019/pr20190930/pr20190930.html

  • [備考] 透過光量を制御する液晶材料の熱安定性を向上

    • URL

      https://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2021/pr20210824/pr20210824.html

  • [産業財産権] 光拡散素子及びその製造方法並びに偏光フィルター2021

    • 発明者名
      垣内田洋
    • 権利者名
      国立研究開発法人産業技術総合研究所
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2021-154779

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公開日: 2022-12-28  

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