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。

显示宏观运动的光机械晶体，例如暴露于光线时弯曲，预计将应用于执行器和软机器人。但是，其中大多数是基于光异构化，感兴趣的晶体受到限制，并且存在诸如缓慢运动和仅通过紫外线移动之类的缺点。在2020年，我们的研究小组发现，由于“光热效应”，晶体会高速移动，其中光转化为热量，这表明任何吸收光的晶体都可以高速移动。但是，由于光热效应而引起的屈曲具有一个较小运动的缺点。最近，我们的研究小组首次发现自然振动是由光热效应引起和共鸣的，从而导致晶体在高速时迅速弯曲。在这项研究中，我们将开发各种各样的晶体致动器，这些晶体致动器通过光热效应诱导和共鸣，以高速和共鸣，从而扩大了有机晶体作为机械材料的可能性。在2022财年，我们专注于O-氨基化烯基烯烯晶晶体，以创建高速且高效的运动，并通过在780 Hz的780 Hz上照射紫外线脉冲光，从而实现了780 Hz的高速弯曲。能量转化效率为0.22％，在先前报道的光机械晶体中达到了最高效率。为了开发带有可见光的晶体，我们专注于溶剂绿色晶体，除了在紫外线区域外吸收在宽面积（400-850 nm）中，并成功地在含有可见光和近叶的光线的卤素灯中产生了高速，大型运动，以及紫外光灯。