Development of crystal actuators based on photothermal-induced natural vibration

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光を当てると屈曲などの巨視的な動きを示すフォトメカニカル結晶はアクチュエータやソフトロボットへの応用が期待されている。しかしその大部分は光異性化に基づいており、対象の結晶が限定されるほか、動きが遅い、紫外光でしか動かせないなどの欠点があった。2020年に当研究グループは光が熱に変わる「光熱効果」によって結晶が高速で動くことを発見し、光を吸収するあらゆる結晶を高速で動かせる可能性が示唆された。しかしながら光熱効果による屈曲は動きが小さい欠点があった。ごく最近、当研究グループは光熱効果により固有振動が誘起・共振され、結晶が高速でかつ大きく屈曲する現象を初めて発見した。本研究では光熱効果で固有振動を誘起・共振させることで、高速でかつ大きく動く多種多様な結晶アクチュエータを開発し、有機結晶のメカニカル材料としての可能性を拡大する。2022年度は高速かつ高効率な動きを創出するため o-アミノサリチリデンアニリン結晶に注目し、780 Hzの紫外パルス光を照射することで、780 Hzの高速屈曲を達成した。エネルギー変換効率は0.22%であり、既報のフォトメカニカル結晶の中で最も高い効率を達成した。また可視光で動く結晶を開発するため、紫外領域に加え、可視、近赤外光の広い領域 (400-850 nm) に吸収をもつソルベントグリーン結晶に注目し、紫外光のみならず可視光や近赤外光、さらに連続光を含むハロゲンランプでも高速で大きな動きの創出に成功した。