水素結合系をもつキュービック液晶性化合物の動的構造制御

氢键体系立方液晶化合物的动态结构控制

• 批准号: 14045232
• 负责人: 沓水 祥一
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Gifu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14045232/
• 关键词: 水素結合; 強相関マテリアル; キュービック液晶; スメクチック液晶; 電場誘起相転移; 構造制御; 液晶; 強相関ソフトマテリアル

本研究で扱う化合物は、分子末端の分子間水素結合に端を発した、「強相関ソフトマテリアル」として、ある温度域で3次元的な凝集構造、キュービック液晶(Cub)相を発現する液晶性化合物、ANBC-n(ここでnはアルコキシ鎖の炭素数)同族体である。特に注目されるのは低温側の層状構造のスメクチックC(SmC)相からの転移で、貯蔵弾性率G'は、実に3桁以上もの劇的な変化を示す。本研究は、このSmC-Cub相転移の機構を理解し、"化学的に"あるいは"物理的に"制御することを目的として行っている。以下の新しい知見を得ている。(1)前年度に引続き"物理的な"制御の試みとして、SmC相およびCub相における交流電場応答を検討した。n=22のANBC-22では、SmC-Cub相転移の約10℃下のSmC相において、交流電場印加により、SmC-Cub相転移を誘起が可能であるが、この電場誘起相転移の機構を解明するために温度一定において無電場下および電場下の相の長時間(10時間)観察を行った。無電場下における"真"のSmC-Cub相転移温度は従来考えられていた温度より約10℃低温側にあること、しかし転移点直上では、たとえば、(従来の)転移点の8℃低温側では温度保持後数時間後にようやく転移が顕在化するほどに速度論的束縛が極めて強く、電場の印加はその束縛を緩和することで転移を誘起している可能性が示唆された。さらに詳細を検討中である。(2)静水圧力下における相転移挙動を検討し、加圧によりCub相は不安定化し、SmC相が安定化すること、また一定温度における昇圧によりIm3m-Cub相からIa3d-Cub相への圧力誘起相転移が起こることを見出した。これらの事実は、SmC相とCub相、さらには2種類のCub相の間の相対的な安定性は外的刺激により簡単に変化するほどに微妙なものであることを示している。(3)ANBC-nと同様Cub相を発現する、1,2-ビス(n-アルコキシベンゾイル)ヒドラジン(BABH-n)同族体の相転移挙動の検討を新たに開始した。

本研究处理的化合物是液晶材料，在一定温度范围内形成三维聚集结构和立方液晶（Cub）相，作为源自分子末端分子间氢键的“强关联软材料”。化合物 ANBC-n（其中 n 是烷氧基链中的碳原子数）是同系物。特别令人感兴趣的是低温侧层状近晶 C (SmC) 相的转变，其中储能模量 G' 显示出超过三个数量级的巨大变化。这项研究的目的是了解这种 SmC-Cub 相变的机制，并以“化学”或“物理”方式控制它。获得了以下新发现。 (1) 延续去年，作为“物理”控制的尝试，我们研究了SmC相和Cub相的交流电场响应。在n=22的ANBC-22中，可以通过在比SmC-Cub相变低约10°C的SmC相中施加交流电场来诱导SmC-Cub相变，但是该电场的机理为了阐明这一点，我们在恒温下和没有电场的情况下对相进行了长期观察（10 小时）。无电场下的“真实”SmC-Cub 相变温度比之前认为的低约 10°C；然而，在转变点之上，例如比（传统）转变点低 8°C。动力学约束非常强，以至于转变仅在温度保持几个小时后才变得明显，并且表明施加电场可以通过放松约束来诱导转变。目前正在考虑更多细节。 (2)检查静水压下的相变行为，我们发现加压使Cub相不稳定并稳定SmC相，并且在恒定温度下增加压力将压力从Im3m-Cub相改变为Ia3d-Cub相。我们发现发生了诱导相变。这些事实表明，SmC 相和 Cub 相之间以及两种 Cub 相之间的相对稳定性非常微妙，很容易被外部刺激改变。 (3)我们开始了对1,2-双(n-烷氧基苯甲酰基)肼(BABH-n)同系物的相变行为的新研究，该同系物像ANBC-n一样表达Cub相。

项目成果

S.Kutsumizu, M.Yamada, T.Yamaguchi, K.Tanaka, R.Akiyama: "Electric field-induced cubic phase in 4'-n-docosyloxy-3'-nitrobiohenyl-4-carboxylic acid"J.Am.Chem.Soc.(Communication). 125・10. 2858-2859 (2003)

S.Kutsumizu、M.Yamada、T.Yamaguchi、K.Tanaka、R.Akiyama：“4-n-二十二烷氧基-3-硝基二乙烯基-4-羧酸中的电场诱导立方相”J.Am.Chem .社会学（通讯）125・10。

Y.Maeda, K.Morita, S.Kutsumizu: "Thermal behavior of the thermotropic cubic mesogen 4'-n-alkoxy-3'-nitrobiphenyl-4-carboxylic acids under pressure"Liquid Crystals. 30・3(in press). (2003)

Y.Maeda、K.Morita、S.Kutsumizu：“热致立方介晶 4-n-烷氧基-3-硝基联苯-4-羧酸在压力下的热行为”液晶 30·3（正在印刷中）。 (2003)

S.Kutsumizu, M.goto, S.Yano, S.Schlick: "Structure and dynamics of ionic aggregates in ethylene ionomers and their effect on polymer dynamics : A study by small-angle X-ray scattering and Electron Spin Resonance Spectroscopy"Macromolecules. 35・16. 6298-63

S.Kutsumizu、M.goto、S.Yano、S.Schlick：“乙烯离聚物中离子聚集体的结构和动力学及其对聚合物动力学的影响：小角 X 射线散射和电子自旋共振光谱的研究”高分子.35・16.6298-63

K.Tanaka, R.Akiyama, M.Takano, S.Kutsumizu, T.Yamaguchi: "Electro-Rheological Behavior of Hydrogen-Bonded Liquid Crystalline 4'-n-Docosyloxy-3'-nitrobiphenyl-4-carboxylic Acid (ANBC-22) under Sinusoidal Electric Field"Trans.Mat.Res.Soc.Jpn.. (in press). (

K.Tanaka、R.Akiyama、M.Takano、S.Kutsumizu、T.Yamaguchi：“氢键液晶 4-n-二十二烷氧基-3-硝基联苯-4-羧酸的电流变行为 (ANBC-

Y.Maeda, S.Krishna Prased, S.Kutsumizu, S.Yano: "In situ observation of the pressure-induced mesophase for 4'-n-hexadecyloxy-3'-nitrobiphenyl-4-carboxylic acid"Liquid Crystals. 30・1. 7-16 (2003)

Y.Maeda、S.Krishna Prased、S.Kutsumizu、S.Yano：“4-正十六烷氧基-3-硝基联苯-4-羧酸的压力诱导中间相的原位观察”液晶 30。 1. 7-16 (2003)