Molecular Alignment Directed by Photo-Polymerization for Designing Optically Functional Polymer Films

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本研究は，二次元分子配向パターンの一段階形成が可能となる新規な分子配向技術「動的光重合法」の開発および新規光学機能フィルムの創製を目標としている。これまでも，光学機能フィルムの創製を目指し，有機合成的アプローチにより多種多様な機能分子が合成されてきた。しかしながら，材料の機能化において重要な分子配向の開発は黎明期にあり，自在かつ微細な二次元分子配向を大面積でパターン化することは困難であった。そこで本年度は，新たに見出した分子拡散に基づく分子配向を利用して，多彩な分子配向制御による光学機能材料の創製について検討した。はじめに，表面処理などを一切施さない基板を用いて，フォトマスクを介して光重合を施したところ，光照射領域境界において分子が拡散し，拡散方向と平行に分子が配向した。この知見に基づき，フォトマスクの空間形状を設計したところ，一次元および二次元の分子配向制御に成功した。放射状の分子配向に関しては2マイクロメートルまで微細化でき，従来の光配向法と比較して，1/100,000ほどの解像度であった。さらに，適用できる化学種（分子骨格や重合反応の種類）の制限が極めて少ないことがわかった。ついで，重合過程において光を動かすことにより，光移動に追随する形で分子配向が大面積化できた。マスクを利用せずに多彩な光学パターンが照射可能な新たな光重合装置を用いたところ，照射光パターンに応じて微細な二次元分子配向パターン（放射状や同心円，面内らせん配向また文字に沿った複雑な分子配向）が一段階で大面積に形成できた。作製したフィルムの光機能を評価したところ，従来技術では発現困難な特異な偏光変換や光回折機能を有することが明らかとなった。本研究で開発した動的光重合法は，重合可能な材料系や基板の選択肢が極めて広く，多彩な配向パターンを付与できるため，様々な機能性ソフトマテリアル創製の基盤技術となり得る。