高分子光運動材料の液体窒素中における光変形メカニズムの探究

探索高分子光动力材料在液氮中的光变形机理

基本信息

批准号：
21K05171
负责人：
宇部達
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Chuo University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

架橋液晶高分子にアゾベンゼンなどのフォトクロミック色素を導入すると，光照射によりフィルムの屈曲などのマクロな変形を引き起こすことが可能になる。この高分子光運動材料は，電源や配線が不要なソフトアクチュエーターとしての応用が期待されている。これまでの研究において，光変形が液体窒素中においても誘起されることが明らかになっている。本研究は，フォトクロミック高分子における分子レベルの構造とマクロな光応答性との相関を攻究し，極低温における変形メカニズムを解明することを目的している。本年度は，フォトクロミック分子としてブリッジアゾベンゼン誘導体を合成し，これを含有する架橋高分子フィルムについて，液体窒素中における光応答性を評価した。ブリッジアゾベンゼンを架橋部位に有する架橋高分子フィルムを作製し，液体窒素中における光異性化挙動を評価したところ，良好な光応答性を示すことが分かった。これはブリッジアゾベンゼンの周囲に十分な自由体積が存在するためであると推察している。次に，ブリッジアゾベンゼンを含有する自立フィルムについて，液体窒素中における光変形挙動を評価した。紫色光を照射するとフィルムが屈曲し，黄色光を照射すると元の形状に復元した。前年度に探究した通常のアゾベンゼンを有するフィルムでは，予め室温において紫外光を照射してシス体を生成させる必要があった。一方，ブリッジアゾベンゼンは初期状態においてシス体であり，室温における光照射を経ることなく，液体窒素中において直接駆動することが可能であった。分子の熱運動が著しく制限された極低温環境においても，光化学プロセスにより高分子の運動を誘起できることが明らかになった。

当将偶氮苯等光致变色染料引入到交联液晶聚合物中时，可以在光照射下引起膜弯曲等宏观变形。这种聚合物光动材料有望用作不需要电源或布线的软致动器。先前的研究表明，液氮也会引起光变形。本研究的目的是研究光致变色聚合物的分子级结构与宏观光响应性之间的相关性，并阐明极低温下的变形机制。今年，我们合成了桥联偶氮苯衍生物作为光致变色分子，并评估了含有其的交联聚合物膜在液氮中的光响应性。制备了交联位点桥连偶氮苯的交联聚合物薄膜，并对其在液氮中的光异构行为进行了评价，发现其表现出良好的光响应性。据推测，这是由于桥偶氮苯周围存在足够的自由体积。接下来，我们评估了含桥联偶氮苯的自支撑薄膜在液氮中的光变形行为。当用紫光照射时，薄膜弯曲，当用黄光照射时，它恢复到原来的形状。去年研究的传统含偶氮苯薄膜需要预先在室温下用紫外线照射以产生顺式异构体。另一方面，桥连偶氮苯在初始状态下为顺式，可以在室温下直接在液氮中驱动，无需光照射。研究表明，即使在分子热运动受到严格限制的极低温环境下，光化学过程也可以诱导聚合物的运动。

项目成果

期刊论文数量（10）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

水素結合架橋型液晶ポリマー材料の光誘起変形と成形加工性

氢键交联液晶聚合物材料的光致形变及成型性能

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
松田光成;宇部達;池田富樹
通讯作者：
池田富樹

池田研究室　中央大学研究開発機構　分子配向精密制御研究ユニット

池田研究室、中央大学研究开发机构、分子取向精密控制研究部

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Sunlight-driven smart windows with polymer/liquid crystal composites for autonomous control of optical properties

采用聚合物/液晶复合材料的阳光驱动智能窗，可自主控制光学特性

DOI：
10.1039/d2tc02754b
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
6.4
作者：
Ube Toru;Imai Jumpei;Yoshida Marie;Fujisawa Toru;Hasebe Hiroshi;Takatsu Haruyoshi;Ikeda Tomiki
通讯作者：
Ikeda Tomiki

池田研究室　中央大学研究開発機構　分子配向精密制御研究ユニット

池田研究室、中央大学研究开发机构、分子取向精密控制研究部