Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

分子配向 / 液晶 / 液晶等方相 / 配向緩和現象 / 光カー効果 / 光分子制御 / 臨界現象 / 配向緩和 / スペクトロスコピー / 複屈折 / 相転移

近年、新しい機能性材料として注目を集めている液晶やゲル、生体系などいわゆる複雑流体は、その分子自体あるいは分子集合体が配向やコンフォメーション等の大きな内部自由度を有している点に特徴がある。これらの中でも、その影響がより強く端的にマクロなスケールの物性変化として現れるのは分子配向である。本研究は光を用いて分子の配向を人為的に制御し、その応答特性から分子配尚のメカニズムを調べる光制御局所分子配向緩和スペクトスコピー装置を開発すること、さらにこれを用いて液晶相が出現するメカニズムを分子レベルで研究することを目的とする。
本研究ではまず光によって分子の配向秩序を制御し,その感受率の大きさから分子配向のしやすさを測定する装置の開発を行った。光による電場が分子に印加されると、分子の形状に対応する分子分極率の異方性のため分子は電場方向に向きをそろえようとする。これを別のプローブレーザーによって複屈折として測定する。これにより液晶転移近傍で分子の配向感受率が臨界的に増大することを見出した。
さらに装置をさらに改良し、分子が回転するダイナミクスの観測を可能にした。光の偏光方向を電気光学変調器を用いて制御することにより、分子配向を高速でスイッチングすることができる。変調周波数を掃引しながら応答の複素スペクトルを観察することにより、分子の配向緩和現象を精密に調べることができる。新たに開発された装置を用いて、液晶性試料である6CBについて配向緩和スペクトルを周波数軸上で観察することに成功した。連続発振レーザーによる光誘起配向緩和の測定は、高次の非線形の影響を受けず、また様々な緩和メカニズムの分離が容易であるなどの利点を数多く持つ。また周波数軸上での非線形効果の緩和測定は世界でも初の試みである。さらに現在、誘起レーザー光の重ねあわせによる干渉構造を利用して、高次の配向格子を生成する研究を進めている。

配向非晶構造 / 蛍光法 / 複屈折 / 網目延伸比 / ポリエチレンテレフタレート / 高速紡糸 / 配向緩和

高分子材料の分子配向下での非晶構造に関する詳細な知見を得ることは、高分子構造論のみならず、延伸・配向結晶化など実用的な成形プロセスの観点からも重要である。本研究では、配向非晶構造の性質を支配する主要な因子を抽出することを目的として広範な条件の下で配向非晶構造を有する原試料を作製するとともに、その構造解析と熱処理下での応答挙動の測定などから、非晶構造の多様性に関する詳細な解析を試みた。
ポリエチレンテレフタレート(PET)を用い、通常の高速紡糸法(STD)に加え、ポリスチレン(PS)と芯鞘型に複合して高速紡糸した後PS成分を溶解除去する複合紡糸法(CORE)や、紡糸線上への液浴の設置による急冷高速紡糸法(LIB)により繊維をを作製した。紡糸過程の動力学を制御することにより、得られた繊維は著しく異なる複屈折を示した。また、蛍光顕微鏡により評価した二次の配向係数を複屈折の結果と比較したところ、高配向域では複屈折法の方が蛍光法に比べ高い二次配向係数を示すことが明らかになった。高速域で紡糸し配向結晶化した繊維が上述の傾向を示すのは、蛍光法では非晶相の配向度が選択的に評価されるとの従来の考え方で解釈できるが、紡糸線上で急冷した非晶性の試料についても同様の傾向がみられ、この結果より自己蛍光の強度が単なる結晶、非晶の区別のみでなく、配向分子の凝集状態によっても変化する可能性が示唆された。引張試験により求めた分子の絡み合いにより形成される網目の延伸比λと複屈折の関係において、あるλに対し、LIB、STD、COREの各紡糸法で得た試料の順に複屈折が低下していた。これは、紡糸線上で急冷を伴って延伸される場合は局所的な分子配向の緩和が起こりにくいのに対し、複合紡糸ではPS成分との相互作用でPETの配向緩和が起こりやすかったためと推定した。

【研究分担者】
高木堅志郎	東京大学	生産技術研究所	教授	(Kakenデータベース)
坂本直人	東京大学	生産技術研究所	助手	(Kakenデータベース)