Research

光分子配列技術の構築とソフトメカニクスの開拓

 作製に多量のエネルギーが必要な従来の硬い材料に替わり,省エネルギープロセス型で人体にも優しいソフトかつフレキシブルな高分子が, 低環境負荷で安全安心な社会を支える次世代材料として近年注目されています。 しかしながら,エレクトロニクス・フォトニクスデバイスにおける機能発現の要である分子配列については, 低い配向度や分子構造の制約など多くの課題が残されているのが現状です。加えて,材料設計においてはソフトな材料の力学 (メカニクス) が必要になりますが, 硬い材料を対象とする従来の材料力学をそのまま適用することには難があります。従ってソフトメカニクスの開拓自体も大きな問題です。

 これらの課題を解決するため,わたしたちは,光と分子配列の特異的な相互作用に着目し,高機能・高性能な高分子材料の創製を目指して, 分子設計・合成・物性評価からデバイスの作製・評価まで,基礎と応用の両面にわたり幅広く研究を行っています。 学生にとっては,幅広い分野の学問・研究に携わるだけでなく,さまざまなバックグラウンドをもつ学生・研究者との交流で視野を広げる機会があります。 本研究室では,光による新たな分子配向法を構築するとともにソフトメカニクスを開拓し,既存の常識を打ち破る次世代材料の提案を行います。 その応用は,ホログラム・立体動画・フレキシブルディスプレイなどのフォトニクス材料から力学設計を基盤とした医療機器・エレクトロニクス材料まで多岐にわたります。

フレキシブルな機能性高分子材料の力学解析と創製

 フレキシブルな高分子材料はフレキシブルエレクトロニクスや医療材料などの幅広い応用が期待されていますが, そのメカニクスの理解については固い材料の延長に留まっています。最近,架橋液晶高分子フィルムの光屈曲を調べる過程で, そのメカニクスが従来の硬い材料とは大きく異なることを見いだしました。このような背景のもと, フレキシブル材料のメカニクスを開拓するとともに,特異な力学特性を発現する機能高分子材料の創製を行っています。

  • フレキシブルフィルムの力学挙動解析
  • 表面ひずみの微視的かつ定量的な評価
  • 湾曲解析技術の設計および開発

光重合を利用した新たな分子配向プロセス

 高機能性フィルム創製のためには,液晶をはじめとする機能性分子の精緻な配向制御が大変重要となります。 分子配向制御には偏光照射や分子配向膜が多く用いられており,これらに加えて新たな原理に基づく分子配向法の開発をしました。 空間的な強度分布を有する非偏光を用いた光重合により,簡便なプロセスで一軸分子配向や二次元分子配向パターンが誘起できることを見出しています。

  • 光重合を利用した新規分子配向プロセス
  • 動的な光学パターンによる大面積分子配向
  • 非偏光,非接触な機能性フィルム作製

非線形光学効果を利用した光屈折率変調材料

 新しい光機能性材料の創製に向けて,光と分子の相互作用に注目が集まっています。 オリゴチオフェンを少量ドープした液晶を高分子安定化することにより,ホスト液晶の光分子配向変化を効率良く誘起することができます。 この配向変化プロセスは非線形光学効果を作動原理としており,光強度を認識して減光挙動を示す新たな光学デバイスが実現します。

  • 非線形光学効果を利用した光屈折率変調材料
  • 光の強さを認識した分子配向変化
  • ゲスト色素とホスト液晶非線形な減光挙動

ソフトマテリアルによる異方性ナノ材料

 金属や半導体などをナノスケール化すると,バルク状態とは異なる物性を示すことが知られています。 特にナノロッドやナノワイヤーは,形状に由来する異方的な機能を発現する可能性を秘めたナノ材料です。 わたしたちは,組織化能を有する液晶物質と密接に接合させることで,ナノ材料の配向を制御し得ることを見出してきました。 ソフトマテリアルの分子配向制御に基づき所望の三次元配向構を構成する異方性ナノ材料を開発し,ナノロッドやナノワイヤーの本質的な物性を明らかにするとともに, 多彩な機能材料へ展開することを目指しています。 さらに,設計に基づく精緻な微細造形を特徴とするトップダウン型の半導体加工(リソグラフィ)技術を, ナノメートルスケールの組織構造を自発形成するソフトマテリアルの組織化を駆使し,両者を融合することによって初めて発現する新規ナノ構造形成と機能材料創成を目指します。