Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

フォトニクス / 周期構造体 / フォトニック結晶 / 表面レリーフ / 偏光 / アゾベンゼン / 液晶 / 光スイッチ / ホログラフィー / 光重合 / 過渡回折格子 / 光スイッチング

近年,飛躍的に増大する情報量を高速に処理できる次世代技術として光で光を処理するフォトニクスが注目されている。フォトニクスでは,光を流す(導波),分ける(分波),合わせる(合波)切り替える(スィッチング)といったさまざまな機能を有する素子を小型かつ安価に作製し,それらを巧みに組み上げる必要がある。空間的な屈折率分布を制御することで,導波,分波,合波が,時間的に屈折率を変化すればスイッチングが可能となる。アゾベンゼン液晶では,大きな屈折率変化が高感度で誘起されることからスイッチング素子として好適である。またこれまでに,光の干渉であるホログラフィーを利用してモノマーの光重合を行うことで,ナノメーターオーダーの二次元周期構造体を極めて簡便な手法で作製することに成功している。そこで本研究では,ホログラフィーを利用して高分子アゾベンゼン液晶の二次元周期構造体を簡便な方法で作製し,高感度高屈折率変化型の光スイッチング素子への応用を検討することを目的とした。アルゴンイオンレーザーの波長488nmの光を液晶モノマー混合物のフィルム上で干渉させ,光重合を利用してアゾベンゼン部位を有する高分子フィルムを作製した。未反応モノマーを除去した後,得られた構造体をAFM,SEMで観察したところ,表面に規則的な二次元周期構造を有することが明らかとなった。構造体に波長633nmの偏光を入射し発生する回折光の強度を測定したところ,入射偏光に応じて回折方向が変化することがわかった。

フォトニクス / エラストマー / アゾベンゼン / 光屈曲 / 偏光 / 光力学変換 / 液晶 / MEMS / ゲル / 架橋剤 / 異方性 / フォトクロミズム

代表的なフォトクロミック色素であるアゾベンゼンは異性化により分子長を変化できる。このためアゾベンゼンの分子長変化というミクロな効果を利用して,ゲルの変形というマクロな形状変化を誘起できる可能性がある。これまでに申請者らは,高分子アゾベンゼン液晶の光駆動に関する一連の研究を行い,高分子液晶が光に対して鋭敏にかつ高速(応答時間,100ns)に応答することを明らかにした。これらの結果から,高分子アゾベンゼン液晶をゲルの基材として用いると,外場に対して敏感かつ高速に応答し,大きな形状変化を誘起できると考えた。上記の着想に基づいて本研究では高分子アゾベンゼン液晶を用いて光刺激により自律的に運動する高分子ゲルを開発することを目的とした。液晶性を示すアゾベンゼンモノマーを架橋剤とともにセル内で熱および光重合することで,厚さ数十ミクロンのエラストマーフィルムを得た。このフィルムはモノマーの良溶媒中で異方的に膨潤することが明らかとなった。さらに,このフィルムに紫外光照射を行うと,照射方向にフィルムが数十秒で屈曲することがわかった。可視光の照射によってフィルムは本の状態に戻り可逆的な光屈曲を誘起できた。また,ガラス転移温度以上にフィルムを加熱することで,溶媒を用いずエラストマーフィルムの光屈曲を誘起できることが明らかとなった。

【研究分担者】
木下基	東京工業大学	資源化学研究所	助手	(Kakenデータベース)
宍戸厚	東京工業大学	資源化学研究所	助手	(Kakenデータベース)
塩野毅	東京工業大学	資源化学研究所	助教授	(Kakenデータベース)