デザイナブルな二次元ナノ空間が支配するソフトマテリアルの開発と応用

界面で挟まれたナノ空間における分子特性はバルク状態とは異なることも多いが、このような特異物性はナノ空間内に限定されており巨視的スケールに及ぶことは少ない。本研究では、無機ナノシートで挟まれたデザイナブルなナノ空間が無数に埋め込まれた「二次元ナノ空間プラットフォーム」に機能性流体を組み込むことで、革新的な機能を有するソフトマテリアルの創出を目指す。また、ナノ空間のサイズや化学的性質を制御することでナノ空間と巨視的物性の関係を体系的に調査し、ナノ空間がバルクを支配するための材料設計指針を確立する。本年度は主に、機能性流体としてサーモトロピック液晶性を示す分子を「二次元ナノ空間プラットフォーム」に導入し、得られる異方性ソフトマテリアルの基礎的理解を行なった。まず、水に分散した酸化チタンナノシートに強磁場を印加することで実現した「一軸配向したモノドメイン構造」に対してラジカル重合を行うことで異方性ハイドロゲルへと変換した。次に、ハイドロゲル内部の水を徐々に有機溶媒に置換することで異方性オルガノゲルへと変換し、さらに液晶性分子に置換することで異方性液晶ゲルの作製に成功した。得られた液晶ゲルは温度に応答して相転移を起こす結果、光学物性や力学物性を大きくかつ可逆的に変化させることを確認した。また、ナノシートで挟まれたナノ空間において液晶性分子の配向は制御されており、この局所的な配向構造が巨視的スケールに及んでいることも明らかになった。

界面で挟まれたナノ空間における分子特性はバルク状態とは異なることも多いが、このような特異物性はナノ空間内に限定されており巨視的スケールに及ぶことは少ない。本研究では、無機ナノシートで挟まれたデザイナブルなナノ空間が無数に埋め込まれた「二次元ナノ空間プラットフォーム」に機能性流体を組み込むことで、革新的な機能を有するソフトマテリアルの創出を目指す。また、ナノ空間のサイズや化学的性質を制御することでナノ空間と巨視的物性の関係を体系的に調査し、ナノ空間がバルクを支配するための材料設計指針を確立する。本年度は主に、機能性流体としてサーモトロピック液晶性を示す分子を「二次元ナノ空間プラットフォーム」に導入し、得られる異方性ソフトマテリアルの基礎的理解を行なった。まず、水に分散した酸化チタンナノシートに強磁場を印加することで実現した「一軸配向したモノドメイン構造」に対してラジカル重合を行うことで異方性ハイドロゲルへと変換した。次に、ハイドロゲル内部の水を徐々に有機溶媒に置換することで異方性オルガノゲルへと変換し、さらに液晶性分子に置換することで異方性液晶ゲルの作製に成功した。得られた液晶ゲルは温度に応答して相転移を起こす結果、光学物性や力学物性を大きくかつ可逆的に変化させることを確認した。また、ナノシートで挟まれたナノ空間において液晶性分子の配向は制御されており、この局所的な配向構造が巨視的スケールに及んでいることも明らかになった。