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

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。