光重合を駆動原理とする三次元微細配向膜の作製とアクチュエータへの展開

以光聚合为驱动原理的三维精细配向薄膜的制备及其在执行器中的应用

基本信息

批准号：
21J14568
负责人：
小林吉彰
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J14568/
关键词：
光重合液晶分子配向高分子材料ソフトアクチュエータ

项目摘要

ソフトロボット開発において，入力信号を物理的運動に変換する“アクチュエータ”の変形自由度を向上し，小型化を進めることが重要な戦略である。アクチュエータ材料の候補である液晶高分子は，外部刺激により内部の分子配向が変化し，配向変化に伴って異方的に膨張・収縮することで動きを発現する。従って，緻密な分子配向設計により精巧な形状変化が期待できるものの検討例は限られているのが現状であった。申請者はこれまでに，光重合に起因した分子拡散を用いて基板面内および面外方向に配向した三次元的な分子配向が誘起できることを見出している。本研究では，この現象を利用して光の形状および移動方向を設計すると同時に，重合領域を縮小することで微細な三次元分子配向膜を作製し，小型アクチュエータの創製へ向けた材料設計指針の確立を目的とした。露光量一定下で光強度，移動速度を変化させながら液晶モノマーの光重合を施した。その結果，分子は基板面外方向から面内方向に傾いた配向（傾斜配向）となることがわかった。さらに，光強度および移動速度が増加すると分子の傾斜角度は増大し，光照射条件の設計により数度単位で分子の傾斜角度を制御できることが明らかとなった。本配向法の駆動力である熱力学的な力を理論的に見積もったところ，光重合時の光強度が大きいほど熱力学的な力も大きいことが明らかとなった。作製した配向膜を用いて，重合性液晶の配向を固定化することにより配向性液晶高分子フィルムのアクチュエータを作製した。

在软机器人的开发中，一个重要的策略是改善“执行器”的变形自由度，该自由度将输入信号转换为物理运动并减少大小。液晶聚合物是执行材料的候选物，由于外部刺激而改变其内部分子取向，并且随着改变方向的变化，它们会随着移动的变化而膨胀和收缩。因此，尽管可以预期精确的分子取向设计会产生复杂的形状变化，但考虑因素的例子有限。申请人先前已经发现，通过光聚合引起的分子扩散可用于诱导在基板平面和面外方向上定向的三维分子取向。这项研究旨在利用这种现象来设计光的形状和方向，同时减少聚合区域以创建精细的三维分子比对膜，并为创建小型执行器的材料设计指南建立材料设计指南。在恒定暴露量下更改光强度和运动速度的同时，对液晶单体进行了光聚合。结果，发现分子是从平面外方向以平面方向（倾斜方向）定向的。此外，已经揭示了随着光强度和运动速度的增加，分子的倾斜角增加，并且可以通过设计光照射条件来在几个程度上控制分子的倾斜角度。当理论上估计热力学作用（这是这种取向方法的驱动力）时，发现光聚合过程中的光强度越大，热力学力就越大。使用制备的比对膜，通过固定可聚合液晶的对齐方式来制备定向液晶聚合物膜的执行器。

项目成果

期刊论文数量（6）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

光重合を利用した液晶高分子の三次元配向構造制御

利用光聚合控制液晶聚合物的三维取向结构

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Thitipat Permpatdechakul;Panart Khajornrungruang;Keisuke Suzuki;Shotaro Kutomi;小林吉彰，久保祥一，梶谷孝，福島孝典，宍戸厚
通讯作者：
小林吉彰，久保祥一，梶谷孝，福島孝典，宍戸厚

Fabrication of liquid-crystalline polymer networks by scanning wave photopolymerization

扫描波光聚合制备液晶聚合物网络