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。

在软机器人的发展中，一个重要的策略是提高将输入信号转换为物理运动的“执行器”的变形自由度，并促进小型化。液晶聚合物是致动器材料的候选者，通过外部刺激改变其内部分子取向，并随着取向变化而各向异性地膨胀和收缩，从而表现出运动。因此，尽管通过精确的分子取向设计可以预期精确的形状变化，但目前的研究实例数量有限。申请人迄今为止已经发现，可以利用由光聚合引起的分子扩散来诱导基板的面内和面外方向上的三维分子取向。在这项研究中，我们利用这种现象来设计光的形状和运动方向，同时通过减少聚合区域来制造精细的三维分子排列薄膜，并为创建小型执行器制定材料设计指南。设立目的。在恒定曝光量下，改变光强度和移动速度，进行液晶单体的光聚合。结果发现，分子从基板的面外方向向面内方向倾斜地取向(倾斜取向)。此外，揭示了分子的倾斜角随着光强度和移动速度的增加而增加，并且可以通过设计光照射条件以几度为单位控制分子的倾斜角。对作为该排列方法的驱动力的热力学力的理论估计表明，光聚合过程中的光强度越大，热力学力就越大。使用所制作的取向膜固定聚合性液晶的取向，制作取向液晶聚合物膜用致动器。

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

Scanning wave photopolymerization generates molecular alignment template for liquid crystal

扫描波光聚合产生液晶分子排列模板