2016 Fiscal Year Annual Research Report
ラジカルポリマーの酸化還元を利用した集合組織の動的配向制御
| Project/Area Number |
15J00888
|
|---|
| Research Institution | Waseda University |
|---|
Principal Investigator |
佐藤 歓 早稲田大学, 先進理工学研究科, 特別研究員(DC1)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2018-03-31
|
| Keywords | ラジカルポリマー / 液晶 / 電荷貯蔵 / 協同性 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
平成28年度は当初の研究計画に基づき、ラジカルポリマーで配向可能な集合組織の開拓に注力した。前年度はラジカルポリマーの荷電状態がネマチック液晶相の配向を動的に規定可能なことを見出したが、本年度は着想をさらに拡張し、本手法をスメクチック並びにキラルネマチック相の配向制御へと展開した。
スメクチック液晶群は層状の自己組織化構造に由来する低次元のイオン伝導パス(異方性: 1000-10000倍)を形成可能なことが報告されている。本研究ではラジカルポリマーの酸化還元を用いた電気化学的な液晶配向法を用いることで、従来は静的な扱いに限定されてきた自己組織化的なイオン伝導構造を動的制御できることを初めて明らかにした。ラジカルポリマーを電荷貯蔵層、スメクチック化合物を電解液とするエレクトロクロミック素子も試作した。動的な配向切り替えと電荷貯蔵反応を併用することで、充放電中のみ電解液が高い電導性を示し、充電後は液晶相の配向変化に伴いほぼ絶縁化する系を実現した。本系を適用することで、高速での電気化学応答を維持しつつも、有機電荷貯蔵材料の欠点であった電極の自己放電速度を大幅に低減できる。
らせん構造を示すキラルネマチック液晶の配向もラジカルポリマーの酸化還元でスイッチングした。ネマチック相の制御に頻用されるフレデリクス転移法ではキラルネマチック相のスイッチングは原則として不可能(印加電場に由来するらせん構造の破壊)であったが、表面誘起型の本手法では液晶構造を一切破壊することなく集合組織全体の配向を可逆に切り替えられた。キラルネマチック相は光の選択反射性も示すことから、レドックス反応を用いた表示素子への適用も検討した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究は以下の事由により、当初の研究計画通りに進展していると判断できる。
当初の研究計画の通りネマチック・キラルネマチック・スメクチック相の液晶配向の制御に成功している。また、液晶配向を規定する熱力学・速度論的因子についても定量的な解明も進んだ。液晶相に関わらず、高分子-液晶分子間のファンデルワールス力が後者の水平配向を誘起することが明らかになった。また高分子電解質の近傍に生じる電気二重層が液晶の双極子と相互作用することで垂直配向が実現されることも明らかにした。
液晶配向とレドックス反応の協同性を利用した電気化学デバイスへの適用検討も進んでいる。集合組織の構造を変化させることにより協同効果に違いが出ることも明らかになっており、平成29年度に向けた予備実験も着実に進んでいると結論できる。
|
| Strategy for Future Research Activity |
申請当初の研究計画に基づき「新しい液晶の配向法を活用した革新的な機能材料の創成」に注力する。本手法は従来の電場印加法と比べて、(a)電気化学反応と協奏的に進行する、(b)自己組織化構造を破壊しない、(c)低電圧(1-2V)で利用できる利点があるこから、これらを活かした電気化学デバイスのプロトタイプを作製するとともに、その動作原理を解明する。具体的には前年度より計画を前倒しで動作試験してきた「協同性に基づく効率的な電荷貯蔵系」の特性向上に加え、キラルネマチック相による光の選択反射を用いた表示素子や、発光セルを初めとする幾つかのデバイスのプロトタイプを作製することで、集合組織との協同性が及ぼす特長を明らかにする。
|
Research Products
(6 results)
