光重合を駆動原理とする三次元微細配向膜の作製とアクチュエータへの展開

以光聚合为驱动原理的三维精细配向薄膜的制备及其在执行器中的应用

• 批准号: 21J14568
• 负责人: 小林 吉彰
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J14568/
• 关键词: 光重合; 液晶; 分子配向; 高分子材料; ソフトアクチュエータ

ソフトロボット開発において，入力信号を物理的運動に変換する“アクチュエータ”の変形自由度を向上し，小型化を進めることが重要な戦略である。アクチュエータ材料の候補である液晶高分子は，外部刺激により内部の分子配向が変化し，配向変化に伴って異方的に膨張・収縮することで動きを発現する。従って，緻密な分子配向設計により精巧な形状変化が期待できるものの検討例は限られているのが現状であった。申請者はこれまでに，光重合に起因した分子拡散を用いて基板面内および面外方向に配向した三次元的な分子配向が誘起できることを見出している。本研究では，この現象を利用して光の形状および移動方向を設計すると同時に，重合領域を縮小することで微細な三次元分子配向膜を作製し，小型アクチュエータの創製へ向けた材料設計指針の確立を目的とした。露光量一定下で光強度，移動速度を変化させながら液晶モノマーの光重合を施した。その結果，分子は基板面外方向から面内方向に傾いた配向（傾斜配向）となることがわかった。さらに，光強度および移動速度が増加すると分子の傾斜角度は増大し，光照射条件の設計により数度単位で分子の傾斜角度を制御できることが明らかとなった。本配向法の駆動力である熱力学的な力を理論的に見積もったところ，光重合時の光強度が大きいほど熱力学的な力も大きいことが明らかとなった。作製した配向膜を用いて，重合性液晶の配向を固定化することにより配向性液晶高分子フィルムのアクチュエータを作製した。

ソ フ ト ロ ボ ッ ト open 発 に お い て, into the force signal を physical exercise に variations in す る "ア ク チ ュ エ ー タ" の - dof を し upward, miniaturization を into め る こ と が important な 戦 slightly で あ る. ア ク チ ュ エ ー タ material の alternate で あ る は liquid crystalline polymer, external stimulation に よ り internal の ligands to が - し, match to the に of variations with っ て's party に expansion, 収 shrinkage す る こ と で dynamic き を 発 now す る. 従 っ て, dense な ligands to design に よ り choiceness な shape - the が expect で き る も の の 検 for example は limit ら れ て い る の が status quo で あ っ た. Applicants は こ れ ま で に, light overlap に cause し た molecular company spread を use い て in base board face お よ び に matchs outside surface direction to し た three-d な ligands to が induced で き る こ と を shows し て い る. This study で は, こ の phenomenon を using し て light の shape お よ び direction を design す る と に at the same time, the overlap area narrow を す る こ と で imperceptible な three-d ligands to membrane を し, small ア ク チ ュ エ ー タ の created へ to け た material design pointer の establish を purpose と し た. When the exposure is constant, the で light intensity, the を moving speed, the させながら liquid crystal モノ, the <s:1> light overlap を, and the た application た. As a result, the out-of-plane direction of the molecular そ substrate is ら, the in-plane direction is に, the inclination is た, and the inclination is となる, とがわ, とがわ, った. さ ら に, light intensity お よ び movement speed が raised す る と molecular の は raised large し tilt Angle, light condition の design に よ り several degrees 単 a で molecular の Angle を suppression で き る こ と が Ming ら か と な っ た. This alignment method の 駆 power で あ る な を theory of thermodynamics に see product も っ た と こ ろ, when light overlap の light intensity big が き い ほ ど thermodynamic な も potent き い こ と が Ming ら か と な っ た. Cropping し た matched with the membrane を い て, overlapping sexual LCD の match to を immobilized す る こ と に よ り match tropism liquid crystal polymer フ ィ ル ム の ア ク チ ュ エ ー タ を cropping し た.

项目成果

光重合を利用した液晶高分子の三次元配向構造制御

利用光聚合控制液晶聚合物的三维取向结构

• 发表时间: 2021
• 作者: Thitipat Permpatdechakul;Panart Khajornrungruang;Keisuke Suzuki;Shotaro Kutomi;小林 吉彰，久保 祥一，梶谷 孝，福島 孝典，宍戸 厚
• 通讯作者: 小林 吉彰，久保 祥一，梶谷 孝，福島 孝典，宍戸 厚

Fabrication of liquid-crystalline polymer networks by scanning wave photopolymerization

扫描波光聚合制备液晶聚合物网络

• 发表时间: 2021
• 作者: Yoshiaki Kobayashi;Shoichi Kubo;Atsushi Shishido
• 通讯作者: Atsushi Shishido

Scanning wave photopolymerization generates molecular alignment template for liquid crystal

扫描波光聚合产生液晶分子排列模板

• 发表时间: 2021
• 作者: Yoshiaki Kobayashi;Norihisa Akamatsu;Atsushi Shishido
• 通讯作者: Atsushi Shishido