室温における強誘電性カラムナー液晶材料の実現

常温铁电柱状液晶材料的实现

• 批准号: 22KJ0460
• 负责人: 秋山 吾篤
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Chiba 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 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0460/
• 关键词: 液晶; 強誘電性; 焦電性; カラムナー液晶; 水素結合; ディスオーダー; キラリティー; 分極; 強誘電体; 電場応答; 電荷移動錯体; 自己集合; 形態制御

【1】炭素数12，14，および16の分岐側鎖を導入したウレア分子について，引き続き強誘電性カラムナー液晶(FCLC)の調査を進めた。化合物の分極はいずれも低温ほど非線形的に長寿命化することが判明した。このような挙動は，ガラス化の過程で見られる現象であり，材料の分極の寿命や温度依存性をガラス転移に関する式で記述することで実測値をうまく説明することができた。これらFCLCの室温における抗電場(4 V/μm)は，これまで報告されたFCLCと比較して2桁程度小さい値を示し，容易に外部電場に応答可能であった。【2】炭素数10のキラル側鎖を導入したウレア分子の分極状態を第二次高調波発生(SHG)測定で詳しく調査した。化合物は，結晶化させるだけで自発分極を示し，分極反転しない，焦電性を示した。焦電性と側鎖キラリティーの関係に興味を持ち，ラセミ体側鎖を出発原料とした類縁体を合成し，赤外分光法，SHG測定，および単結晶X線構造解析により2つの化合物を比較調査した。結果，側鎖のラセミ化により，分子充填がディスオーダーとなることで流動性が増し，化合物の電場応答性が向上することがわかった。しかし，外部電場除去後は，印加前の分極構造に再配列することから，完全な分極反転は起こらなかった(論文査読中)。以上の知見から，分子充填をより無秩序にすることで分極反転が達成されるという推測のもと，(1)液体または(2)嵩高い側鎖を有するウレア分子を焦電性結晶へ添加することを試みた。前者(1)は，液体成分の増大につれて，流動性が向上し，分子間水素結合が弱くなることで分極反転が実現した。さらに後者(2)は，混合によって安定なカラムナー液晶が発現し，嵩高いウレア分子の比が0.5以上の混合物で室温FCLCの発現が確認された。

[1]我们继续研究已经引入了具有12、14和16个碳原子的支链链的尿素分子的铁电圆柱液晶（FCLC）。发现在较低的温度下，化合物的极化变化更长。这种行为是在玻璃化过程中观察到的一种现象，并且通过使用与玻璃过渡有关的方程式描述材料极化的寿命和温度依赖性，可以很好地解释实际测量值。在这些FCLC的室温下，电场（4 V/μm）大约比先前报道的FCLC小两个数量级，并且很容易响应外部电场。 [2]通过第二次谐波产生（SHG）测量，研究了引入了带有10个碳原子的手性侧链的尿素分子的极化状态。这些化合物仅在结晶时才显示出自发的极化，并表现出无极化反转而表现出的上极化。对高电性与侧链手性之间的关系感兴趣，我们使用外星侧链作为起始材料合成类似物，并通过红外光谱，SHG测量和单晶体X射线结构分析比较了两种化合物。结果，发现侧链的种族化会导致分子填充无序，从而提高流动性并提高化合物的电场反应性。但是，在拆除外部电场后，在应用之前将极化结构重新排列到极化结构，因此没有发生完全的极化反转（在同行评审中）。基于上述发现，基于猜测可以通过使分子堆积更加无序来实现极化反转，我们试图添加（1）液体或（2）具有较大侧链的尿素分子到层状晶体中。在前者（1）中，随着液体成分的增加，流动性提高，分子间氢键变得较弱，从而导致极化反转。此外，在后者（2）中，在混合时表达稳定的柱状液体晶体，并以较大的尿素分子比例为0.5或更高的混合物中确认室温FCLC。

项目成果

分岐アルキル基を導入したウレア分子による室温駆動可能な強誘電性柱状液晶

使用具有支链烷基的脲分子可在室温下驱动的铁电柱状液晶

• 发表时间: 2021
• 作者: 加納春華;林宏暢;松尾恭平;藤木道也;山田容子;荒谷直樹;秋山吾篤・桑折道済・岸川圭希
• 通讯作者: 秋山吾篤・桑折道済・岸川圭希

分岐アルキル鎖を導入したウレア化合物による室温強誘電性カラムナー液晶

使用具有支化烷基链的脲化合物的室温铁电柱状液晶

• 发表时间: 2021
• 作者: 日高州平;北條元;永長久寛;秋山吾篤・桑折道済・岸川圭希
• 通讯作者: 秋山吾篤・桑折道済・岸川圭希