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2019 年度 実施状況報告書

光トリガー相転移結晶の定量的解析と機能開拓

研究課題

研究課題/領域番号 19K23638
研究機関早稲田大学

研究代表者

谷口 卓也  早稲田大学, データ科学総合研究教育センター, 講師(任期付) (20843907)

研究期間 (年度) 2019-08-30 – 2021-03-31
キーワード光トリガー相転移 / 発生力 / 応力ひずみ / メカニカル機能 / ヤング率
研究実績の概要

研究代表者はこれまで外部刺激でメカニカルに動く有機結晶を開発してきた。光反応や熱的な構造相転移によって動くメカニカル結晶の開発に成功し、さらに最近、光によって構造相転移が起きる「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、温度変化させることなく光で相転移を起こすことができる新しい機構の相転移であるが、その発現機構を定量的に解析する必要があった。
本年度は、既報の光トリガー相転移結晶において、光照射した時に発生する力を万能試験機を用いて測定した。光照射の初期過程では、まず光異性化反応による力が発生し、ついで光トリガー相転移の進行による力が発生することを見出した。光トリガー相転移が完了したあとは光異性化のみの力が発生することを見出した。また、光の照射強度が強くなることで光トリガー相転移の発現は速くなることを見出した。光照射を止めると、光トリガー相転移の戻りによって力が発生し、その後異性化の戻りによって力が減衰することがわかった。発生力と結晶の変形を対応させ、それぞれの過程における力の発生起源を考察した。また、結晶に光照射した時の表面温度の変化を測定し、光熱効果による光トリガー相転移への影響を調べた。その結果、熱相転移温度の40度に達することなく光トリガー相転移が発現していることを確認した、
ついで、新規光トリガー相転移結晶の探索に着手した。置換基を変えた化合物を様々に合成し、新たに熱相転移が起こる光反応性結晶を見出した。新規結晶において光トリガー相転移が発現する条件は現在検討中である。

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

当初の計画通り、既報の光トリガー相転移結晶の発生力を測定することができた。その測定結果から、光異性化と光トリガー相転移による力がどの段階で発生しているかを明らかにすることができ、論文を作成しているところである。また、新規光トリガー相転移を見いだすことができ、発現条件の検討に着手することができた。

今後の研究の推進方策

既報の光トリガー相転移結晶の測定結果について、詳細な解析を進め、論文誌に投稿する。新規光トリガー相転移結晶の発現条件を明らかにし、既報結晶と比較することで、光トリガー相転移の発現指標を提示する。また、メカニカル機能やその他の電気的・磁気的機能の創出を検討する。

次年度使用額が生じた理由

当初計画よりも実験消耗品を効果的および効率的に使用することができたため、次年度使用額が生じた。使用計画としては、消耗品費およびデータベース使用料として使用し、順調に研究遂行できるようにする。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (9件)

  • [雑誌論文] Crystal actuator based on a thermal phase transition and photothermal effect2020

    • 著者名/発表者名
      Hagiwara Yuki、Taniguchi Takuya、Asahi Toru、Koshima Hideko
    • 雑誌名

      Journal of Materials Chemistry C

      巻: 8 ページ: 4876~4884

    • DOI

      10.1039/D0TC00007H

    • 査読あり
  • [学会発表] Photo-triggered phase transition of salicylideneamine crystal2020

    • 著者名/発表者名
      Yuki Hagiwara, Takuya Taniguchi, Toru Asahi, Hideko Koshima
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] サリチリデンナフチルエチルアミン結晶の光屈曲の統計モデリング2020

    • 著者名/発表者名
      石崎一輝, 萩原佑紀, 小島秀子, 谷口卓也, 朝日透
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] 光トリガー相転移結晶における力学特性の定量解析2020

    • 著者名/発表者名
      谷口卓也, 朝日透, 小島秀子
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] Photomechanical Effect of Polymorphic Salicylideneaniline Crystal2020

    • 著者名/発表者名
      Shodai Hasebe, Yuki Hagiwara, Takuya Taniguchi, Toru Asahi, Hideko Koshima
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] Actuation of salicylideneaniline crystal by heat and light2020

    • 著者名/発表者名
      Yuki Hagiwara, Takuya Taniguchi, Toru Asahi, Hideko Koshima
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] スマートアクチュエータに向けた光・熱応答性メカニカル結晶の開発2020

    • 著者名/発表者名
      谷口卓也, 萩原佑紀, 長谷部翔大, 石崎一輝, 朝日透, 小島秀子
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] サリチリデンアミン結晶の光トリガー相転移と多様なメカニカル機能2019

    • 著者名/発表者名
      萩原佑紀, 谷口卓也, 朝日透, 小島秀子
    • 学会等名
      第28回有機結晶シンポジウム
  • [学会発表] サリチリデンアニリン結晶のメカニカル機能2019

    • 著者名/発表者名
      長谷部翔大, 萩原佑紀, 谷口卓也, 朝日透, 小島秀子
    • 学会等名
      第28回有機結晶シンポジウム
  • [学会発表] フォトメカニカル結晶の屈曲挙動の統計モデリング2019

    • 著者名/発表者名
      石崎一輝, 杉本良太, 萩原佑紀, 小島秀子, 谷口卓也, 朝日透
    • 学会等名
      第28回有機結晶シンポジウム

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公開日: 2021-01-27  

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