| 研究課題/領域番号 |
21K05171
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| 研究機関 | 中央大学 |
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研究代表者 |
宇部 達 中央大学, 研究開発機構, 機構准教授 (80613364)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | 架橋液晶高分子 / フォトクロミズム / 光アクチュエーター / 極低温 / ブリッジアゾベンゼン |
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| 研究実績の概要 |
架橋液晶高分子にアゾベンゼンなどのフォトクロミック色素を導入すると，光照射によりフィルムの屈曲などのマクロな変形を引き起こすことが可能になる。この高分子光運動材料は，電源や配線が不要な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。これまでの研究において，光変形が液体窒素中においても誘起されることが明らかになっている。本研究は，フォトクロミック高分子における分子レベルの構造とマクロな光応答性との相関を攻究し，極低温における変形メカニズムを解明することを目的している。
本年度は，フォトクロミック分子としてブリッジアゾベンゼン誘導体を合成し，これを含有する架橋高分子フィルムについて，液体窒素中における光応答性を評価した。ブリッジアゾベンゼンを架橋部位に有する架橋高分子フィルムを作製し，液体窒素中における光異性化挙動を評価したところ，良好な光応答性を示すことが分かった。これはブリッジアゾベンゼンの周囲に十分な自由体積が存在するためであると推察している。次に，ブリッジアゾベンゼンを含有する自立フィルムについて，液体窒素中における光変形挙動を評価した。紫色光を照射するとフィルムが屈曲し，黄色光を照射すると元の形状に復元した。前年度に探究した通常のアゾベンゼンを有するフィルムでは，予め室温において紫外光を照射してシス体を生成させる必要があった。一方，ブリッジアゾベンゼンは初期状態においてシス体であり，室温における光照射を経ることなく，液体窒素中において直接駆動することが可能であった。分子の熱運動が著しく制限された極低温環境においても，光化学プロセスにより高分子の運動を誘起できることが明らかになった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
2022年度は，モノマーユニットの集合特性や空間構造の制御による高効率光応答系の構築を主要課題として検討した。フォトクロミック成分として新たにブリッジアゾベンゼンを用いることにより，フォトクロミック部位近傍の局所自由体積が増大し，極低温における光応答性が増大することが明らかになった。また，当初2023年度に予定していた，異なるフォトクロミック成分を用いた場合の光応答挙動の比較についても実施することができ，ブリッジアゾベンゼンの極低温における有用性を明らかにした。これらのことから，当初計画以上に研究が進展していると考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
2023年度においては，前年度に得られたブリッジアゾベンゼンを有する架橋高分子について，光応答性の向上および変形モードの多様化を図る。フォトクロミック分子の導入率と光変形特性の相関を探究し，光変形挙動の制御をめざす。様々なフォトクロミック分子および非光応答分子の組み合わせでフィルムを作製し光応答性を評価することにより，分子レベルの構造とマクロな光応答性との相関を見出し，極低温における変形メカニズムの解明をめざす。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
2022年度の予算として，モノマー合成にかかる試薬費・消耗品費を計上していたが，2021年度中に合成したモノマーを引き続き使用したため，当初予定よりも少ない支出となった。また，学会のオンライン化により旅費の支出がなかった。次年度使用額は，2023年度における新規モノマー合成やポリマーの物性評価にかかる試薬費・消耗品費，および成果発表のための費用に充当する。
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