Electric-field-induced deformation of liquid crystalline elastomers with flexoelectric polarization

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引っ張り変形下ならびに曲り変形下で架橋反応した側鎖型液晶エラストマーを作成し、フレクソエレクトリック効果による分極発生を検討した。主鎖ポリマーとしてポリメチルヒドロキシシロキサンを、メソゲンとして楔型形状のコレステロール誘導体モノマーを用いた。これらに二官能性の架橋剤を加え、トルエン溶媒に溶かしヒドロシリル化反応により側鎖型液晶エラストマーを得た。反応完了前に合成物を取り出し、室温で所定の変形を加えながら反応を続け配向試料を得た。試料の相系列は[g 25-33 SmA* 100-120 I (℃)]であった。半経験的分子軌道法により求めたコレステロール誘導体モノマーの分子長軸方向の電気双極子モーメントは1.1debide程度であった。分極はKistler社製のCharge Meter Type5015を用い、電極と試料の接触面積を1.5 mm2にて測定した。引っ張り変形試料中央部は一様に配向した（秩序パラメータS～0.5程度）。等方相へ転移してもS = 0.15-0.2の配向秩序が残っており、擬似的なネマチック状態であると考えられる(以下、擬似等方相)。参照試料のシリコンゴムの場合、測定温度範囲20℃～160℃の間で電荷は発生しなかった。メソゲンが均一に一軸配向している引っ張り変形サンプルの中央部ではシリコンゴムと同様に電荷は発生しないが、広がり変形した末端部では擬似等方相において809pC/mm2程度の電荷の発生が確認された。馬蹄型変形試料は厚さ方向にダイレクターが広がり変形していることをX線回折より確認した。馬蹄型変形試料の場合、SmA*相の温度領域ではほとんど電荷は発生しなかったが、100℃付近の液晶相から擬似等方相への相転移に伴いフレクソエレクトリック分極によると推定される電荷が観測され、温度の上昇に伴い増加し140℃以上では1400pC/mm2程度に達した。