光重合誘起分子拡散による配向表面構造の創製と動的機能の創出

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本研究では，申請者が独自に見出した分子配向を有する表面凹構造を利用し，熱印加などの外部刺激に応答して力学・光学機能を発現する単一な高分子薄膜材料の創製を目的とする。本年度は，表面凹構造フィルムの形成メカニズム解析と熱刺激応答性評価を主に行い，外部刺激に応答する表面形状変化について詳細に調べた。異方性を有する液晶モノマーに少量の架橋剤と光重合開始剤を添加した重合用試料を用いて，ストライプ状のパターン光重合を行うことで，表面に凹構造を有する高分子薄膜の作製に成功した。重合条件に応じて，穴や溝といった多彩な凹構造が形成した。重合過程のリアルタイム観察や理論解析，画像解析により，重合に基づく分子拡散が凹構造形成の主要因であることが明らかとなった。これらの液晶高分子薄膜について，レーザー顕微鏡を用いて加熱冷却時の表面形状変化を観察した。加熱に伴い凹構造の深さは浅くなり，その後室温に冷却すると表面は僅かに凸構造に変化した。加熱冷却を繰り返したところ，この表面形状変化は可逆性を示した。この表面形状変化について，各温度における高分子薄膜内の分子配向変化を調べた。凹構造周辺の分子配向方向および配向秩序度が熱刺激に応じて可逆的に変化することがわかった。したがって，加熱による分子配向性の変化が表面構造変化を誘起したと考えている。このように本年度の研究を通じて，独自に見出した表面凹構造フィルムの分子配向度を設計することで，熱刺激応答する表面可変材料として応用できる可能性を示した。