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2020 年度 実施状況報告書

双連続キュービック液晶の室温安定化

研究課題

研究課題/領域番号 20K05619
研究機関岐阜大学

研究代表者

沓水 祥一  岐阜大学, 工学部, 教授 (80214964)

研究分担者 三輪 洋平  岐阜大学, 工学部, 准教授 (10635692)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード双連続キュービック相 / 液晶 / 分子デザイン / メゾスコピック系 / 自己組織化
研究実績の概要

(1)低分子室温Cub_bi液晶相の実現の試み
末端鎖にシロキサン鎖を付与し、分子中央の水素結合部位の両側にベンゼン環とナフタレン環を1個ずつ配することで分子コア部に非中心対称性を導入した化合物を合成した。溶液から得た試料は結晶性であり、その結晶は350K(77℃)付近で融解し双連続キュービック(Cub_bi)液晶相を形成した。高温の液体状態から冷却すると、その途中で形成したCub_bi相が室温まで保持された。室温のこの状態は、熱力学的には準安定状態であるが、室温25℃において100日以上の安定性を示した。このことは、研究方針が合理的であることを示す。これらの過程を詳細に解析すると、冷却過程の途中で分子コアの積層様式に変化が生じること、その状態は速度論的な安定化であるため、室温での保持にともない、さらに変化していることがわかった。
(2)高分子室温Cub_bi液晶の実現の試み、
市販のポリシロキサンの側鎖に炭素数6のメチレン鎖を介して、安息香酸を結合させ、そのカルボン酸-ジピリジル水素結合錯体を試作した。側鎖に安息香酸を結合させた前駆体高分子はいったん析出させると通常の溶媒には不溶であったため、ジピリジル錯体は安息香酸を結合させる反応の溶液にビピリジルを反応させることで得た。予想に反し、このポリシロキサンの安息香酸-ジピリジル水素結合錯体は、層状のスメクチック相のみを示した。低分子シロキサン系安息香酸-ジピリジル水素結合錯体は335-345Kの温度範囲でCub_bi相を形成した。そこで、この低分子錯体と高分子錯体の混合試料を作成したところ、低分子錯体より広い温度範囲(325-360K)で安定なCub_bi相を示した。
高分子化がCub_bi相の安定化に有用との一例を示せた。高分子の重合度や側鎖密度などの最適化が次の課題である。

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

コロナ禍のため、職員の自宅待機推奨期間、学生の登校禁止期間などもあって、研究がやりにくい1年ではあったが、その割には順調に進展していると考えている。

今後の研究の推進方策

上記の進捗状況を踏まえ、
(1)については、当初の計画通り、さまざまな化学構造の化合物を合成し、その準安定Cub_bi相の詳細な検討を行うことで、室温「安定化」の最適な分子骨格の探索とその裏付けとなる熱力学的な理解を進める。
(2)については、Cub_bi相形成の室温安定化を目指すべく、シロキサン鎖の重合度、側鎖密度、スペーサー長などに関するチューニングを進める。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2020 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (5件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Molecular Design of Anti-spindle-like Molecules by Use of Siloxanyl Terminals for a Thermotropic Bicontinuous Cubic Phase2020

    • 著者名/発表者名
      A. Kawafuchi, S. Kutsumizu, Y. Kawase, I. Tokiwa, T. Udagawa, and Y. Miwa
    • 雑誌名

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      巻: 20 ページ: 10132-10141

    • DOI

      10.1039/C9CP06831G

    • 査読あり
  • [雑誌論文] N,N-Diarylthiazol-5-amines: Structure-Specific Mechanofluorochromism and White Light Emission in the Solid State2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Tsuchiya, K. Yamaguchi, Y. Miwa, S. Kutsumizu, M. Minoura, and T. Murai
    • 雑誌名

      Bull. Chem. Soc. Jpn.

      巻: 93 ページ: 927-935

    • DOI

      10.1246/bcsj.20200083

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Toward strong self-healing polyisoprene elastomers with dynamic ionic crosslinks2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Miwa, J. Kurachi, Y. Sugino, T. Udagawa, and S. Kutsumizu,
    • 雑誌名

      Soft Matter

      巻: 16 ページ: 3384-3394

    • DOI

      10.1039/D0SM00058B

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effects of fatty acids having different alkyl tail lengths on rigidness of the shell region surrounding an ionic core and mechanical properties of poly(ethylene-co-methacrylic acid)ionomer/fatty acid blends2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Miwa, M. Koike, Y. Kohbara, and S. Kutsumizu
    • 雑誌名

      Polymer

      巻: 197 ページ: 122495

    • DOI

      10.1016/j.polymer.2020.122495

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Autonomous self-healing polyisoprene elastomers with high modulus and good toughness based on the synergy of dynamic ionic crosslinks and highly disordered crystals2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Miwa, M. Yamada, Y. Shinke, and S. Kutsumizu
    • 雑誌名

      Polym. Chem.

      巻: 41 ページ: 6549-6558

    • DOI

      10.1039/D0PY01034K

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 分子コア部の側方置換基がキュービック液晶相形成に与える効果2020

    • 著者名/発表者名
      磯部なちあ,山村泰久,齋藤一弥,三輪洋平,沓水祥一
    • 学会等名
      2020年日本液晶学会オンライン研究発表会
  • [学会発表] 二種類の双連結キュービック相を発現するANBC-nとACBC-nの相挙動の比較2020

    • 著者名/発表者名
      小松貞広,近藤智考,三輪洋平,沓水祥一
    • 学会等名
      2020年日本液晶学会オンライン研究発表会
  • [学会発表] 双連結キュービック相を形成するシロキサン含有液晶性化合物の分子末端鎖への非対称性導入の影響2020

    • 著者名/発表者名
      大滝隆史,川淵茜,山村泰久,齋藤一弥,三輪洋平,沓水祥一
    • 学会等名
      2020年日本液晶学会オンライン研究発表会
  • [学会発表] 分子コア部の側方置換基のニトロ基・シアノ基がキュービック液晶相の形成に及ぼす影響2020

    • 著者名/発表者名
      小松貞広,近藤智考,三輪洋平,沓水祥一
    • 学会等名
      2020年度東海高分子研究会学生発表会(オンライン)
  • [学会発表] キュービック液晶相を形成するシロキサン含有液晶性化合物の分子末端鎖への非対称性導入の影響2020

    • 著者名/発表者名
      大滝隆史,川淵茜,山村泰久,齋藤一弥,三輪洋平,沓水祥一
    • 学会等名
      2020年度東海高分子研究会学生発表会(オンライン)
  • [備考] 化学・生命工学科>物質化学コース>沓水祥一

    • URL

      http://www.eng.gifu-u.ac.jp/busshitsu/staff/kutsumizu.html

  • [備考] 沓水・三輪研究室>スタッフ紹介>沓水祥一

    • URL

      https://www1.gifu-u.ac.jp/~kutsu_ap/k_shoukai.htm

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公開日: 2021-12-27  

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