光熱効果によるメカニカル結晶材料の多様化と可能性の拡大

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光や熱などに応答して動く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。これまでメカニカル結晶の大部分は光異性化に、一部は相転移に基づいて開発されていた。しかし、光異性化や相転移を起こす結晶は数が限られており、動きが遅く、照射波長が紫外光に限られていることが難点であった。私は2020年に、サリチリデンアニリン結晶が光熱効果により高速で屈曲することを初めて発見した。光熱効果は物質が光を吸収して励起状態になり、基底状態に戻る際に熱を放出する現象で、光を吸収するほとんどの結晶で起きる。このため幅広い結晶を対象にでき、あらゆる波長の光で結晶を高速で動かせる可能性がある。本研究で光熱効果により動く多種多様なメカニカル結晶を開発することで、光異性化や相転移では望めなかった、メカニカル結晶材料の多様化と可能性の拡大を目指す。2022年度は、2021年度に新しく発見した結晶の固有振動について、形状と屈曲の関係を調べ、屈曲速度やエネルギー変換効率(光→運動)を算出した。2022年8月31日から2022年12月21日にかけてドイツのマックス・プランク研究所の、ソフトロボットの世界的権威であるMetin Sitti教授グループに研究滞在し、ソフトロボット応用に向けた結晶アクチュエータの開発を行った。その結果、光熱効果で屈曲する結晶に光熱変換材料をコーティングすることで、紫外光だけでなく可視光や近赤外光など、幅広い波長の光(365-810 nm)によって屈曲する結晶アクチュエータの開発に成功した。