【研究領域課題番号】18K05265 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

発光 / 液晶 / 凝集誘起発光 / 金錯体 / 結晶 / 高分子

【研究成果の概要】

液晶の秩序と無秩序の調和をとるために，発光性高分子液晶やフルカラー発光を示すディスコチック液晶性金錯体などを合成し，発光特性と秩序度・凝集構造の相関を考察した。さらに，液晶の特徴である配向性を利用した偏光白色発光材料への展開やキラル液晶の屈折率周期構造を利用した波長可変レーザー発振材料への展開も行った。本研究では，発光性高分子液晶が固体状態で白色発光を示すこと，および，磨砕などの力学刺激により発光色変化を示すことを見いだした。また，発光挙動が単結晶サイズにも依存することを見いだした。

【研究の社会的意義】

機能分子を材料へと展開する場合，しばしば微粒子や薄膜として利用される。本研究の結果は，微粒子や薄膜などはバルク結晶から期待されるものとは全く異なる物性を示す可能性を示唆しており，機能材料の設計においてはサイズと物性の相関が非常に重要な知見となる。すなわち，特に有機機能材料の設計において従来重視されてきた「分子構造と機能の相関」だけでなく，同じ分子構造でも材料サイズによって機能・性能が変化するという「材料サイズと機能の相関」も考慮した設計が必要となる。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31

【配分額】4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)

【研究領域課題番号】18K05230 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

液晶 / 高分子 / 自己組織化 / ブルー相 / 高分子膜 / 液晶高分子 / 超分子 / 高分子材料

【研究成果の概要】

本研究では、キラル構造を有する液晶のなかでも特に強いらせん誘起力によって形成するブルー相と呼ばれる特異な液晶構造を有する機能性高分子の開発を目的とした。まず、安定的にネマチック液晶を形成する重合性液晶を新たに開発した。これにキラル剤を複合化した上で温度を精密に制御することによりにブルー相を発現させ、光重合することによりブルー相の構造を固定化・高分子化した。また水素結合性の超分子液晶系へと展開し、安定的にネマチック相を発現する重合性超分子液晶系を開発した。得られた重合性超分子液晶をベースにブルー相を発現させ、ブルー相構造を有する超分子液晶の高分子膜化にも成功した。

【研究の社会的意義】

ブルー相構造と高分子に関するこれまでの研究はディスプレイ材料を志向したものが多く、本研究で利用した強い分子間相互作用はディスプレイにおいては電場応答の障害となるため、研究例自体が少なかった。また超分子ブルー相の研究でもブルー相の温度範囲を広げることを主観としており、分子認識用として利用する本研究は、新規性が高い。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2018-04-01 - 2022-03-31

【配分額】4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)

【研究分野】高分子化学

【研究領域課題番号】26288058 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

高複屈折性液晶 / 液晶 / パイ電子系 / 高複屈折液晶 / 構造有機化学 / 光学 / 屈折率 / 複屈折 / 薗頭カップリング / 光学材料 / 高分子 / 縮合系高分子 / 液晶高分子 / 高複屈折

【研究成果の概要】

原子屈折の高いアルキルスルファニル基をもつメソゲンの液晶性の発現に成功した。さらに液晶温度範囲の拡大を行った。分子構造の対称性を下げるにより、融点の低下と液晶相温度範囲拡大し、さらにはネマチック相も形成されやすくした。片方末端にメチルチオ基（SMe）、反対側のパラ位にイソチオシアネート（NCS）、シアノ基 （CN）を導入した2つの非対称性分子と両末端にSMeを有する対称系分子を合成し、0.7を超える複屈折を実現した。また、高複屈折性のメソゲンに対してアクリル基を2つ導入した架橋剤とアクリルモノマーを光重合することにより、高複屈折性のフィルムを作製することにも成功している。

【研究の社会的意義】

高複屈折性液晶材料はLCDフィルム、レーザー発振用フィルム、光記憶デバイス等への応用されており、さらなる高複屈折化が求められている。高複屈折性液晶は、偏光板やLCDフィルムを単一成分で作製することができ、ディスプレイの性能向上、大画面化、製造コストの削減など、そのインパクトは計り知れない。今回、実用化にはいくつかの壁があるが、上記の条件を満たす、複屈折0.8に迫る液晶材料の開発に成功した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2018-03-31

【配分額】15,860千円 (直接経費: 12,200千円、間接経費: 3,660千円)

【研究分野】高分子化学

【研究領域課題番号】22550109 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

機能性高分子 / 高分子 / ホログラム / 光 / 液晶 / 力学解析 / アゾベンゼン / フィルム

【研究成果の概要】

本課題では,光応答性分子を組み込んだ液晶高分子周期構造体を作製し,光駆動型ホログラムの創製を行った。光応答性液晶高分子の周期構造体に紫外・可視光を照射し,ナノ周期構造の可逆的な変形を誘起する新しい作動原理を用いることにより,ナノ光アクチュエーターや光スイッチを実現すると同時に,未知な点が多い高分子の微小変形現象を容易に解析する新手法を提供することを目的とした。架橋液晶高分子フィルムが屈曲するプロセスにおけるナノスケールの分子形状変化とマクロなフィルム変形挙動とのつながりを光学的に計測したところ,アゾベンゼンのシス体の生成量がわずか1mol%の低濃度であっても屈曲は起こりうる事がわかった。また同時にフィルムのヤング率が最大60%減少する事を明らかにした。フィルム表面に周期構造体をラベル化したフィルムを用いる事により,フィルム屈曲における表面歪みを計測する事に成功した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)

【研究分野】高分子化学

【研究領域課題番号】21225006 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

架橋液晶高分子 / 光運動 / 光 / 液晶 / 高分子

【研究成果の概要】

本研究課題では,液晶の分子構造,相状態,分子配向や高分子の架橋密度など種々の項目を検討し最適化するとともに,電子線架橋,光架橋,精密重合などの手法を駆使し様々な基材フィルムとの強固な異種界面接合を形成することにより,高性能光運動材料の構築を目的としている。
本年度は,高性能高分子光運動材料の構築において必要不可欠である駆動原理探求を目的として,種々の架橋液晶高分子を合成するとともに,分光法および力学物性評価法を用いて,分子レベルから巨視的レベルまでメカニズムを検討した。架橋液晶高分子におけるアゾベンゼンの影響を結合位置および濃度について詳細に調べたところ,架橋部位にアゾベンゼンを20%程度含む場合に最も高い発生応力を得られることが明らかとなった。光運動挙動は,分子構造,分子の初期配向,異性化挙動,温度,光強度,光照射時間などに大きく依存し,アゾベンゼンの光異性化を分子配向変化へ増幅するプロセスが極めて重要であることがわかった。
材料形状の変化についても検討を行った。より自由度の高い光運動材料を目指して繊維状の架橋液晶高分子を作製し光照射を行ったところ,照射方向に応じて三次元的な光運動を誘起できた。一方,アゾベンゼン液晶高分子とPVAを交互にスピン塗布した膜を作製したところ,従来と異なる光屈伸挙動を観察できた。
新たな基材の開発および異種界面接合の形成についても検討を進めた。塩化コバルトを有機アルミニウムで活性化した触媒系を用いて少量のホスフィン共存下ブタジエンの重合を行うことにより,結晶性のシンジオタクチック1,2-連鎖と非晶性のシス1,4-連鎖からなるマルチブロック共重合体の合成に成功した。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2009 - 2013

【配分額】106,210千円 (直接経費: 81,700千円、間接経費: 24,510千円)

【研究分野】生物物理・化学物理

【研究領域課題番号】20340109 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

高分子 / 液晶 / 1分子計測 / 共役系高分子 / 高子の配座 / 光学特性 / 高分子の配座

【研究成果の概要】

共役系高分子およびその関連の系におけるコンフォメーションと光学特性、光物理的特性の関係を1分子のレベルで研究した。共役系高分子では、コンフォメーションと励起子の局在及び励起子の分離の相関を明確にし、高分子鎖上の発光ドメーンの存在とその大きさを確認し、そしてコンフォメーションの動的特性とその関連の光物理的特性を明らかにした。一方、非共役系高分子では、高分子鎖のトポロジーが拡散特性の要因になっていることが分かった。また、光合成細菌光捕集複合体の場合、励起子の特性と内部の構造的乱雑さの関係が明らかになった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2008 - 2010

【配分額】20,020千円 (直接経費: 15,400千円、間接経費: 4,620千円)

【研究分野】機能材料・デバイス

【研究領域課題番号】18655075 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

干渉光 / 光重合 / 液晶 / 配向 / フォトマスク / 高分子

【研究成果の概要】

最近,液晶モノマーを干渉光により重合することにより,干渉パターンに応じて複雑な分子配向が誘起されることを偶然見いだした。本研究では,この現象を解き明かし,分子配向を複雑かつ高度に制御した液晶高分子フィルムを作製する。近年開発が著しく今後益々の発展が見込まれる,液晶ディスプレイの基幹材料である位相差板・視野角増大フィルムや,DVDなどの光情報記録デバイスに用いられる光ピックアップへの展開の可能性を探る。
本年度では,前年度に引き続きモノマー構造および重合開始剤の影響を検討し最適な重合条件を探るとともに,得られた高分子フィルムの熱物性および光物性評価を調べ液晶配向膜や位相差板などの光素子への応用について検討した。
1.モノマー構造および光重合開始剤の影響 光学系の配置を工夫し試料を水平に設置することにより,従来の垂直に設置した条件と比較して分子配向性の高いフィルムの作製を検討した。また,紫外光重合開始剤を用いることにより配向秩序度0.22の異方性ドメインを有するフィルムの作製に成功した。
2.フィルムの熱物性および光物性評価 DSCおよびTG/DTA測定により,得られたフィルムの液晶性および熱安定性を評価するとともに,偏光顕微鏡を用いて位相差,分子配向性,周期性などについて詳細に調べた。100℃程度まで配向が安定に保持されることが明らかとなった。
3.液晶配向膜への応用 分子配向フィルムを基板とした,ラビングレス液晶配向膜への応用を検討する。低分子液晶をフィルム上に滴下し,液晶が配向することがわかった。

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2006 - 2008

【配分額】3,600千円 (直接経費: 3,600千円)

【研究分野】機能材料・デバイス

【研究領域課題番号】17750175 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

高分子 / 微粒子 / フォトニック結晶 / 液晶 / アゾベンゼン / 高分子微粒子 / ナノ微粒子 / ソープフリー乳化重合 / 屈折率 / 周期構造体 / コロイド結晶

【研究成果の概要】

光の波長程度の周期的な屈折率変化を有する周期構造体はフォトニック結晶構造とも呼ばれ,特定の光を透過・反射する特異な光学的性質を示す。この周期構造体に光応答性を付与できれば広い応用が可能になるため,微粒子の空隙や微粒子を鋳型にした逆オパール構造の隙間に色素や液晶を充填した光応答性周期構造体が報告されている。しかしながら,これらの充填系では周期的な屈折率変化が小さいため,大きな光応答性は得られていない。周期的な屈折率差および光で誘起される屈折率変化の両方を大きくできれば光応答性が格段に高い周期構造体になり得るが,周期構造そのものに光応答性を付与する試みはなされていないのが現状である。大きな複屈折を有することで知られる液晶高分子を基材に用いて周期構造体を作製できれば,本来の屈折率差を大きくできるばかりでなく,光で大きな屈折率変化を誘起できる。本年度では,光応答性を高分子液晶微粒子自体に付与した光応答性微粒子を合成し,自己集積化することで屈折率差の大きな光応答性周期構造体を作製した。周期構造体に波長488nmのアルゴンイオンレーザー光照射を行ったところ,ストップバンドのシフトを誘起できることがわかった。また,光応答性液晶高分子フィルムに干渉露光を行うことで一次元周期構造体を作成し,光導波路カップラーへの応用を検討した。フィルム表面に偏光ホログラムを作製することで従来と比較して高い出射効率を得られることが明らかとなった。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2005 - 2006

【配分額】3,600千円 (直接経費: 3,600千円)

【研究分野】機能材料・デバイス

【研究領域課題番号】16105004 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ホログラム / 高分子 / 液晶 / アゾベンゼン / 屈折率 / 光記録 / 複屈折 / トラン

【研究成果の概要】

高複屈折液晶高分子の大きな屈折率変化を利用することにより, 記録書き換え可能・高速応答・高回折効率・高光感度を実現する新規高性能ホログラム材料の開発を行った.さらに, 架橋を施した架橋液晶高分子においては, 分子形状変化を巨視的な運動へ増幅できることを明らかにした.

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2004 - 2008

【配分額】105,430千円 (直接経費: 81,100千円、間接経費: 24,330千円)

【研究分野】高分子構造物性(含繊維)

【研究領域課題番号】13305063 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ホログラム / 液晶 / アゾベンゼン / 光記録 / 光スイッチング / 高分子 / 屈折率 / 回折格子 / 3環フェニルアセチレン / フォトクロミズム / 複屈折 / ホログラフィー / 屈折率変調 / 光相転移

【研究成果の概要】

ホログラムは光の干渉によって形成される回折格子中に光信号の強度情報と位相情報を同時に合わせもつため,画像情報の高密度多重記録・再生が可能である。これまでにホログラム記録材料として,有機色素/ポリメチルメタクリレートという原始的な有機材料や無機のフォトリフラクティブ材料が用いられているが,記録情報の書き換えや薄膜化が困難なことや,書込速度・アクセス速度の点で実用材料には到っていない。高速アクセスが可能な書換型高密度ホログラフィックメモリーを実現するためには,光によって屈折率を高速に,しかも可逆的に変調でき,かつ加工性に優れた新しい材料を開発する必要がある。
本研究では,1)製膜性に優れる高分子と,2)屈折率異方性をもつ液晶と,3)可逆的な光異性化反応を示すフォトクロミック分子を組み合わせ,ナノ秒スケールで高速にデジタル情報が書き込め,かつ書き換えが可能な高密度ホログラフィックメモリーを構築することを目的とした。
高分子アゾベンゼン液晶系におけるホログラム書き込みの応答性を調べるため,二光束に分けたピコ秒レーザーパルス(355nm;20ps,fwhm)をサンプルフィルム(膜厚:100nm)上で干渉させ,一次回折光の発生および減衰の過程を時間分解測定した。その結果,レーザーパルス照射により回折光は200nsで立ち上がり,極めて高速な応答を示すことが分かった。さらに,高分子アゾベンゼン液晶の厚膜(膜厚:20μm)を用い定常光で書き込みを行ったところ,ブラッグ領域でのホログラム記録が可能となり,43%という従来に比べ高い回折効率が達成できた。さらに,この記録は書き換え可能であることが明らかとなった。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2001 - 2003

【配分額】49,400千円 (直接経費: 38,000千円、間接経費: 11,400千円)

【研究分野】物性一般(含基礎論)

【研究領域課題番号】06352036 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

複雑液体 / 高分子 / 液体金属 / 溶融塩 / 液晶 / ガラス転移 / 計算機シミュレーション / 動的構造

【研究成果の概要】

平成7年度に発足する重点領域研究「複雑液体における協力現象--ミクロからメゾへの系統的アプローチ--(複雑液体の物理)」を円滑に開始するために、平成6年夏に実施グループメンバーを中心として研究会を行い、平成7年1月には全体研究会を行った。複雑液体として対象とする、構成要素である分子の形状が複雑な液体、超臨界点で粒子密度に大きなゆらぎがある液体、異方的相互作用をもつ液体、粒子密度が高い液体などの、液体金属、溶融塩、高分子、液晶等の研究の現状と研究するべき方向をまとめ、これらを「複雑液体の物理」の研究としてどのようにまとめていくかを議論した。報告されたテーマは、高分子の相転移、可逆ゲル、液体金属の静的・動的構造、多成分液体の構造、臨界点近傍の構造揺らぎ、高分子の動力学、アモルファスのダイナミックス、水のダイナミックスなどであり、実験、理論およびシミュレーションのそれぞれの立場と相互間の協力関係などについて議論を行った。

【研究種目】総合研究(B)

【研究期間】1994