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2022 年度 実施状況報告書

光刺激と化学刺激の多重協働活性化を活用した高機能材料群の創成

研究課題

研究課題/領域番号 21K05181
研究機関東京大学

研究代表者

正井 宏  東京大学, 大学院総合文化研究科, 助教 (70793149)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
キーワードマイクロパターニング / ソフトマテリアル / 弾性率 / 発光性材料 / π共役化合物
研究実績の概要

光加工性材料は大面積に対するマイクロスケールの精密加工や遠距離からの加工が可能という点で高い汎用性を有し、医療・電子・プロセス高額など多岐にわたる分野での応用が期待されている。しかし、光加工可能な材料は光に不安定という根源的なトレードオフ問題を抱えていた。
本研究では、この問題を解決するための方法論として、光のみではなく化学刺激の共存下でのみ加工可能な「多重協働活性化」を着想した。加工時には光と化学刺激を用いた多重協働活性化によって光加工を行いつつ、加工後は化学刺激を除去することで、光加工性と光に対する安定性を両立可能である。
本年度は、π共役骨格を拡張したアリールケイ素化合物における、塩化水素と紫外光との協働活性化に基づく炭素ケイ素結合の開裂反応を利用した、協働的な材料加工を実現した。ケイ素化合物を架橋剤としたゲル材料は、塩化水素と紫外光を作用させることで架橋点が開裂し、ゾル化に伴う材料分解性を示した。塩化水素を含むゲルに対して、フォトマスクを用いた光照射を行ったところ、マスクパターンを反映した局所的な分解を示し、材料を望みの形状に加工可能であることが明らかとなった。材料加工後に酸を除いた条件で光安定性を評価したところ、環境光下でも高い安定性を有することが示された。加えて、ケイ素化合物による架橋材料の適用範囲としては、ゲル材料のみならず、溶媒を含まないエラストマー材料に対しても適用可能であった。

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

本年度は、新たな協働反応骨格として、拡張π共役系を持つアリールケイ素化合物の開発に成功した。この骨格を利用したゲル材料は、塩化水素と紫外光を作用させることで架橋点が開裂し、ゾル化に伴う材料分解性を示す一方で、酸を除いた状態では環境光下でも高い安定性を有することが示された。また、フォトマスクを用いた光照射を行ったところ、マスクパターンを反映した局所的な分解を示すなど、材料を望みの形状に加工可能であることが明らかとなった。加えて、材料適用範囲として無溶媒材料であるエラストマー材料への適用性を示すなど、多様な材料展開・加工性の実現に成功したといえる。

今後の研究の推進方策

今後は、アリールケイ素骨格を側鎖として用いた上で、側鎖が持つ発光部位・液晶部位・重原子を協働的に切除することで、光照射部位のみ選択的に発光性・液晶性・屈折率をそれぞれ制御可能な材料の創成を目指す。このような材料は、フォトマスクを用いて光照射位置をマイクロオーダーで制御することで、従来技術では困難な材料中の発光・偏光・屈折率などの光物性に対する後天的マイクロパターニングを実現する。
また、より多重化された協働反応の開発を目指す。協働反応に必要な刺激をさらに増加させた系を構築することで、より光安定性に優れた光加工を実現する。具体的には、光増感剤からのエネルギー移動などを活用し、より光単独の刺激に対して安定な協働的光加工技術の創成を行う。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (5件) 学会発表 (11件)

  • [雑誌論文] Systematic Synthesis of Macrocycles Bearing up to Six 2,2′-Bipyridine Moieties through Self-Assembled Double Helix Structure2022

    • 著者名/発表者名
      Onda Yudai、Masai Hiroshi、Terao Jun
    • 雑誌名

      The Journal of Organic Chemistry

      巻: 87 ページ: 13331~13338

    • DOI

      10.1021/acs.joc.2c01194

  • [雑誌論文] Effect of changing electronic states of molecules on frequency domain of graphene FETs2022

    • 著者名/発表者名
      Oketa Tomohiro、Ikuta Takashi、Masai Hiroshi、Tamaki Takashi、Terao Jun、Maehashi Kenzo
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 15 ページ: 045001~045001

    • DOI

      10.35848/1882-0786/ac564d

  • [雑誌論文] Stochastic Binding Dynamics of a Photoswitchable Single Supramolecular Complex2022

    • 著者名/発表者名
      Su Dingkai、Zhou Shuyao、Masai Hiroshi、Liu Zihao、Zhou Ce、Yang Chen、Li Zhizhou、Tsuda Susumu、Liu Zhirong、Terao Jun、Guo Xuefeng
    • 雑誌名

      Advanced Science

      巻: 9 ページ: 2200022~2200022

    • DOI

      10.1002/advs.202200022

  • [雑誌論文] Transient Photodegradability of Photostable Gel Induced by Simultaneous Treatment with Acid and UV?Light for Phototuning of Optically Functional Materials2022

    • 著者名/発表者名
      Russell Go M.、Kaneko Takashi、Ishino Saqura、Masai Hiroshi、Terao Jun
    • 雑誌名

      Advanced Functional Materials

      巻: 32 ページ: 2205855

    • DOI

      10.1002/adfm.202205855

  • [雑誌論文] Precision synthesis of linear oligorotaxanes and polyrotaxanes achieving well-defined positions and numbers of cyclic components on the axle2022

    • 著者名/発表者名
      Masai Hiroshi、Oka Yuki、Terao Jun
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 58 ページ: 1644~1660

    • DOI

      10.1039/D1CC03507J

  • [学会発表] 連結型ロタキサン構造を有する被覆π共役ビピリジン-金属錯体の合成と光物性2023

    • 著者名/発表者名
      安部慎祐・宮岸拓路・正井宏・滝沢進也・岩井智弘・寺尾潤
    • 学会等名
      日本化学会第103春季年会
  • [学会発表] 多環式芳香族ケイ素化合物の光・酸協働分解性を利用したポリマーネットワーク材料の開発2023

    • 著者名/発表者名
      川野勇太郎・正井宏・岩井智弘・寺尾潤
    • 学会等名
      日本化学会第103春季年会
  • [学会発表] 酸と光を用いたアリールケイ素およびアリールゲルマニウム化合物の協働的結合開裂反応2023

    • 著者名/発表者名
      丁涵清・正井宏・岩井智弘・寺尾潤
    • 学会等名
      日本化学会第103春季年会
  • [学会発表] 酸との協働的な光開裂反応を利用したケイ素架橋高分子材料の光制御2023

    • 著者名/発表者名
      川野勇太郎・正井宏・岩井智弘・寺尾潤
    • 学会等名
      関東高分子若手の会
  • [学会発表] [1]ロタキサン構造を有するクマリン架橋型ゲル材料における光分解性と光安定性のスイッチング特性2023

    • 著者名/発表者名
      新鞍 尚希・ラッセル 豪 マーティン・正井 宏・寺尾 潤
    • 学会等名
      日本化学会第103春季年会
  • [学会発表] 可逆的な超分子構造の変換を利用したクマリン架橋型高分子材料の光分解性制御2023

    • 著者名/発表者名
      新鞍 尚希・ラッセル 豪 マーティン・正井 宏・寺尾 潤
    • 学会等名
      関東高分子若手研究会 学生発表会
  • [学会発表] ジピレニルケイ素によって架橋された光加工性のスイッチングが可能なポリマーネットワーク材料の創製2022

    • 著者名/発表者名
      川野勇太郎・金子隆・正井宏・寺尾潤
    • 学会等名
      第71回高分子討論会
  • [学会発表] 光加工性と光安定性のスイッチングを可能とするジピレニルケイ素架橋ゲルの創製2022

    • 著者名/発表者名
      川野勇太郎・正井宏・寺尾潤
    • 学会等名
      第12回CSJ化学フェスタ2022
  • [学会発表] 連結型ロタキサン構造を有する窒素系配位子の開発2022

    • 著者名/発表者名
      安部慎祐・宮岸拓路・正井宏・岩井智弘・寺尾潤
    • 学会等名
      第53回構造有機化学若手の会夏の学校
  • [学会発表] 連結型ロタキサン構造を利用した有機燐光材料の開発2022

    • 著者名/発表者名
      島田聡太朗・宮岸拓路・正井宏・増井洋一・寺尾潤
    • 学会等名
      第53回構造有機化学若手の会夏の学校
  • [学会発表] Cooperative degradation with light and acid in metalloid-containing polymer network materials2022

    • 著者名/発表者名
      Hanqing Ding, Hiroshi Masai, Jun Terao
    • 学会等名
      第53回構造有機化学若手の会夏の学校

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公開日: 2023-12-25  

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