2020 年度実施状況報告書

液晶を構造化溶媒として用いた新規結晶化法の探索

研究課題

研究課題/領域番号	20K21154
研究機関	大阪大学
研究代表者	吉田浩之大阪大学, 工学研究科, 講師 (80550045)
研究期間 (年度)	2020-07-30 – 2023-03-31
キーワード	液晶 / パターン配向
研究実績の概要	液晶とは、異方形状の有機分子が集団として特定の方向に配向する物質である。液晶は通常、サンドイッチ型の素子に封入されるが、その表面処理や材料のキラリティ等によって、自発的に様々な秩序を形成する。さらに、液晶は流動性をもつために、種々のドーパント分子を添加することが可能である。本研究では、これらの液晶の特性に着目し、液晶をドーパント分子の結晶化における構造化溶媒として用いることを提案した。液晶に添加した様々なドーパント分子の結晶化挙動の解明と理解を通し、結晶の方位や形状、多形を制御する新技術を開拓することを目的としている。本年度は半導体性をもつ有機分子をネマティック液晶に添加し、液晶溶媒中における結晶化挙動を観測した。また、分子が自発的に3次元構造を形成するブルー相液晶について、電界アシストによる大面積配向制御を実現し、論文発表した。有機半導体を添加した液晶における結晶化の研究について、素子には一様配向させたもの（一様配向素子）および光配向法により分子の配向方位を基板上で変化させたもの（パターン配向素子）を用いた。一様配向素子中では、有機半導体の結晶が配向方位に対し特徴的な配列をなすことが確認された。さらに、液晶溶媒において二種類の結晶多形が見られ、その物性と光学特性は明確に異なっていた。本研究で用いた有機半導体はトポケミカル反応により重合し、高分子となる材料であったが、一つの多形では重合が阻害され、高分子化しないことが確認された。パターン配向素子においては、一様配向と同様の結晶が観測されたことに加え、一部においては液晶の配向場に従って結晶の形状が変形したものが確認された。メカニズムの解明は今後の課題であるが、以上の結果から、液晶の配向場が結晶の成長に明確な影響を及ぼすことが確認された。
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本研究は台湾の共同研究者と共同で実施しており、緊急事態宣言に伴う研究活動の縮小や訪問しての研究交流など、COVID-19の影響を大きく受けた。一方で、液晶素子における特異な結晶化挙動を観測することができ、一様配向やパターン配向した素子における結晶化挙動の違いなど、新しい現象を見出すことができた。これらのことから、研究はおおむね順調に進展していると考えられる。
今後の研究の推進方策	ネマティック液晶中に添加した有機半導体材料の結晶化挙動について、温度や濃度条件および液晶配向条件を系統的に変化させることで結晶化挙動の分類を試みる。液晶の配向制御のパターン化による結晶化領域や、多形制御の可能性について検討する。有機半導体材料の結晶化挙動について理解を深めた後、生体分子などの他の材料系の結晶化／秩序化挙動を調査する。
次年度使用額が生じた理由	研究を進めたところ、試料観察用の治具作成が必要となったために3Dプリンターを購入したが、装置の納品は4月になったため、研究2年度の支出となった。また、オープンアクセスの論文発行料も支払いが研究2年度となった。これらの事情により、次年度使用額が生じた。使用計画：液晶やドーパント分子などの試薬および素子作製用の消耗品を購入する。また、液晶中のドーパント分子の結晶化挙動を系統的に調査するために、光源およびカメラなどの測定装置の改良に取り組む。また、COVID-19の状況に応じて、海外共同研究機関である台湾国立台北科学技術大学への訪問や、国内・国際学会に参加する。