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室温における強誘電性カラムナー液晶材料の実現

常温铁电柱状液晶材料的实现

基本信息

批准号：
22KJ0460
负责人：
秋山吾篤
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Chiba University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

【1】炭素数12，14，および16の分岐側鎖を導入したウレア分子について，引き続き強誘電性カラムナー液晶(FCLC)の調査を進めた。化合物の分極はいずれも低温ほど非線形的に長寿命化することが判明した。このような挙動は，ガラス化の過程で見られる現象であり，材料の分極の寿命や温度依存性をガラス転移に関する式で記述することで実測値をうまく説明することができた。これらFCLCの室温における抗電場(4 V/μm)は，これまで報告されたFCLCと比較して2桁程度小さい値を示し，容易に外部電場に応答可能であった。【2】炭素数10のキラル側鎖を導入したウレア分子の分極状態を第二次高調波発生(SHG)測定で詳しく調査した。化合物は，結晶化させるだけで自発分極を示し，分極反転しない，焦電性を示した。焦電性と側鎖キラリティーの関係に興味を持ち，ラセミ体側鎖を出発原料とした類縁体を合成し，赤外分光法，SHG測定，および単結晶X線構造解析により2つの化合物を比較調査した。結果，側鎖のラセミ化により，分子充填がディスオーダーとなることで流動性が増し，化合物の電場応答性が向上することがわかった。しかし，外部電場除去後は，印加前の分極構造に再配列することから，完全な分極反転は起こらなかった(論文査読中)。以上の知見から，分子充填をより無秩序にすることで分極反転が達成されるという推測のもと，(1)液体または(2)嵩高い側鎖を有するウレア分子を焦電性結晶へ添加することを試みた。前者(1)は，液体成分の増大につれて，流動性が向上し，分子間水素結合が弱くなることで分極反転が実現した。さらに後者(2)は，混合によって安定なカラムナー液晶が発現し，嵩高いウレア分子の比が0.5以上の混合物で室温FCLCの発現が確認された。

[1] Carbon number 12, 14, 16 of the branching side lock is introduced into the molecule, leading to the investigation of strong inductive liquid crystal (FLC). The polarization of compounds is characterized by low temperature, non-linear and long lifetime. This phenomenon is described in terms of the polarization and temperature dependence of the material. FCLCs are resistant to an electric field (4 V/μm) at room temperature, but this report shows that FCLCs are relatively small and easy to respond to external electric fields. [2] Carbon number 10 and the polarization state of the molecule are introduced. The second high wavelength generation (SHG) measurement is carried out in detail. The compound crystallizes, self-polarizes, polarizes, and pyroelectricity. The relationship between pyroelectric property and crystal structure is discussed in detail. The synthesis of raw materials and compounds is investigated by infrared spectroscopy, SHG determination, X-ray structural analysis and comparative investigation. As a result, the chemical properties of the compounds increase, the molecular filling increases, and the electric field responsivity increases. After the external electric field is removed, the polarization structure before the first step is rearranged, and the polarization structure is completely reversed (in the paper). Based on the above knowledge, it is speculated that the polarization reaction can be achieved if the molecular filling is disorderly, and that (1) the liquid and (2) the high-pressure side lock can be achieved if the molecules are added to the ferroelectric crystal. The former (1) is opposite to the increase of liquid composition, the upward mobility, and the weak intermolecular water binding. In addition, the latter (2) is confirmed by the presence of FLC at room temperature in mixtures with a high molecular ratio of 0.5 or more.