Characterization of the soft elasticity of liquid crystal elastomers by various stretching modes

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18H02034
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 35020:Polymer materials-related
• Research Institution: Kyoto Institute of Technology
• Principal Investigator: Urayama Kenji 京都工芸繊維大学, 材料化学系, 教授 (20263147)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小椎尾 謙 九州大学, 先導物質化学研究所, 准教授 (20346935)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 液晶エラストマー / 液晶高分子 / 高分子液晶 / エラストマー / ゴム / 液晶

Outline of Final Research Achievements

Liquid crystal elastomers (LCE) exhibit a characteristic mechanical property called "soft elasticity" as a result of the coupling between liquid crystal orientation and rubber elasticity. We have revealed the unusual feature of mechanical properties by biaxial stretching of polydomain LCE membranes: The true stresses in the two orthogonal directions are equalized and a function of only the thickness variation (or only area strain of loading plane), independent of the combination of the two orthogonal strains. The wide-angle X-ray scattering measurements confirm that the imposed biaxial strain drives the realignment of local nematic order. The results signifies that the polydomain LCE membranes behave like as a liquid under biaxial loading.

Free Research Field

高分子物性

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

一般的に，力学異方性のないゴムを直交する２方向に伸長すると，真応力（変形状態の断面積あたりの荷重）はひずみの大きい方向の方が大きくなる。液晶ドメインがランダム配向したポリドメイン液晶エラストマーに二軸伸長すると，２方向のひずみの組み合わせに関係なく，２方向の真応力が均等化されるという特異な性質を見出した。また，この真応力の大きさは膜厚方向のひずみ（もしくは荷重面の面積ひずみ）のみで決まっていることも明らかにした。この結果は，ポリドメインLCE膜が二軸荷重下で液体的な挙動を示すことを意味している。この性質により，ポリドメインLCE膜は皺が発生しにくい膜の素材としての応用も期待できる。