Development of crystal actuators based on photothermal-induced natural vibration

基于光热诱导自然振动的晶体致动器的开发

基本信息

批准号：
22KJ2958
负责人：
長谷部翔大
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

光を当てると屈曲などの巨視的な動きを示すフォトメカニカル結晶はアクチュエータやソフトロボットへの応用が期待されている。しかしその大部分は光異性化に基づいており、対象の結晶が限定されるほか、動きが遅い、紫外光でしか動かせないなどの欠点があった。2020年に当研究グループは光が熱に変わる「光熱効果」によって結晶が高速で動くことを発見し、光を吸収するあらゆる結晶を高速で動かせる可能性が示唆された。しかしながら光熱効果による屈曲は動きが小さい欠点があった。ごく最近、当研究グループは光熱効果により固有振動が誘起・共振され、結晶が高速でかつ大きく屈曲する現象を初めて発見した。本研究では光熱効果で固有振動を誘起・共振させることで、高速でかつ大きく動く多種多様な結晶アクチュエータを開発し、有機結晶のメカニカル材料としての可能性を拡大する。2022年度は高速かつ高効率な動きを創出するため o-アミノサリチリデンアニリン結晶に注目し、780 Hzの紫外パルス光を照射することで、780 Hzの高速屈曲を達成した。エネルギー変換効率は0.22%であり、既報のフォトメカニカル結晶の中で最も高い効率を達成した。また可視光で動く結晶を開発するため、紫外領域に加え、可視、近赤外光の広い領域 (400-850 nm) に吸収をもつソルベントグリーン結晶に注目し、紫外光のみならず可視光や近赤外光、さらに連続光を含むハロゲンランプでも高速で大きな動きの創出に成功した。

光机械晶体在光照下表现出宏观运动，例如弯曲，有望应用于执行器和软机器人。然而，这些方法大多基于光致异构化，这限制了目标晶体的数量，并且存在移动缓慢、只能通过紫外光移动等缺点。 2020年，我们的研究小组发现，由于光转化为热的“光热效应”，晶体可以高速移动，这表明任何吸收光的晶体都可以高速移动。然而，光热效应引起的弯曲具有运动量较小的缺点。最近，我们的研究小组首次发现了一种现象，即光热效应引起自然振动并产生共振，导致晶体快速而显着地弯曲。在这项研究中，我们将开发各种晶体致动器，通过利用光热效应诱导和共振自然振动，可以高速和长距离移动，并扩大有机晶体作为机械材料的潜力。 2022年，我们专注于邻氨基水杨苯胺晶体，以创造高速、高效的运动，并通过用780Hz紫外脉冲光照射它们，实现了780Hz的高速弯曲。能量转换效率为0.22%，是之前报道的光机械晶体中效率最高的。此外，为了开发在可见光下移动的晶体，我们重点研究了不仅在紫外线区域而且在宽范围的可见光和近红外光（400-850 nm）中吸收的溶剂绿色晶体，他们成功了。使用近红外光甚至包含连续光的卤素灯来高速产生大幅运动。