発光色変化を伴う新規有機結晶アクチュエータの創製

创建具有发光颜色变化的新型有机晶体致动器

基本信息

批准号：
22K14748
负责人：
姉帯勇人
金额：
$ 2.91万
依托单位：
National Institute for Materials Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

外部刺激で構造が変化し、同時に物性も変化する有機物は材料として価値があり注目を集めている。例えば、アミド基を導入したテトラフェニルピレン誘導体は、機械的な刺激によって、パッキング様式が変化し、発光色が青色から青緑色へと変化する。この様な構造変化の可視化は、機械的な力が与える分子への影響や動きを評価するために大変有用である。一方で、外部刺激によって構造変化する身近な物質としてバネがあり、バネ状分子(o-phenylene)は、東京大学の相田・福島らによって報告されている。そこで本研究では、バネ状分子が外部刺激応答性材料として有用であるかを明らかにする事を目的に、o-phenyleneに、特異な光学特性を示すピレンを導入した分子1を合成し、機械的刺激などの外部刺激による発光色の変化を調査した。1はバネ状構造を形成したが、末端のピレンの平均距離と二面角は大きく、重なり面積は小さかった。次に1の粉末をメノウ乳鉢で擦ったところ、発光色が青色から青緑色へと変化し、PXRDパターンでは、結晶質からアモルファスへの変化を示した。従って、発光色の変化は結晶構造変化に由来してピレン間の配向と相対的な距離が変化したことで起きている事が明らかとなった。一方、末端のピレンが近づいた際の、エネルギーと重なり面積の変化をDFTで計算したところ、ピレン同士が近づくと、エネルギーが減少する一方で、重なり面積は増加した。従って、外部刺激により分子内のピレンの相対位置が近づくことで、発光色の変化が誘起されることが明らかとなった。

有机材料的结构因外部刺激而发生变化，并且其物理特性同时变化的有机材料作为材料有价值，并且引起了人们的注意。例如，引入酰胺基团的四苯基丙烯衍生物因机械刺激而改变其填料样式，发光颜色从蓝色变为蓝绿色。这种结构变化的可视化对于评估机械力对分子的影响和运动非常有用。另一方面，弹簧是由于外部刺激而在结构上改变的常见物质，而Aida和Fukushima等人已经报道了春季样分子（O-苯基）。东京大学。因此，在这项研究中，我们将分子1与pyrene合成，在O-苯基中表现出独特的光学特性，并研究了由外部刺激（例如机械刺激）引起的发光色的变化，目的是阐明弹簧样分子是否可用作外部刺激反应式材料。 1形成了类似弹簧的结构，但是末端pyr的平均距离和二面角很大，重叠区域很小。接下来，当粉末1用玛瑙砂浆摩擦时，发光颜色从蓝色变为蓝绿色，PXRD图案显示出从晶体变为无定形的变化。因此，已经揭示了发光颜色的变化是由于晶体结构变化引起的方向和相对距离的变化。另一方面，当终端py径接近时，使用DFT计算了能量和重叠面积的变化，并且随着Pyrene接近，重叠面积增加时能量减少。因此，已经揭示了当pyre的相对位置由于外部刺激而接近分子的相对位置时，诱导发光颜色的变化。