Review
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特集 強相関ソフトマテリアルの動的制御 ―Part2
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第3編 複合機能の時空間制御
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高分子アゾベンゼン液晶フィルムのブラッグ型高回折効率ホログラム
Highly Efficient Bragg Holograms using Polymer Azobenzene Liquid Crystal Films
宍戸厚 東京工業大学資源化学研究所 助手
池田富樹 東京工業大学資源化学研究所 教授
高分子アゾペンゼン液晶フィルムのブラッグ型ホログラム記録について検討した。光応
答性・液晶性·透明性を有するモノマーを共重合して得られる高分子フィルムに干渉光を
書き込むことで, 回折効率99%の記録書き換え可能なホログラムを作製できることが明らかとなった。
【目次】
1. はじめに
2. ホメオトロピック配向性厚膜を用いたプラッグ型ホログラム
3. 透明光応答性厚膜の高効率ブラッグ型ホログラム
4. おわりに
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自己無撞着場理論による高分子系の不均一構造の動的シミュレーション
Dynamical Self-consistent Field Simulations of Inhomogeneous Structures in Polymer Systems
川勝年洋 東北大学大学院理学研究科物理学専攻教授
高分子混合系における相分離構造に代表される秩序相のドメイン構造や界面構造を計算
する有力な手法の一つに, 自己無撞荒場理論がある。この理論は主として高分子多成分系
の平衡構造の計算に用いられ, 成功を収めてきた。この自己無撞着場理論を用いて, 高分
子材料の成形加工時の流動特性や微細構造の制御を行おうという試みが, 最近盛んになさ
れ始めている。本稿では自己無撞荒場理論の動的拡張について解説し, 最近の研究成果
を概観する。
【目次】
1. はじめに
2. 動的自己無撞着場理論と複雑なドメイン構造の形成過程
3. 粘弾性特性と粘弾性相分離現象
4. 粘弾性特性と動的自己無撞着場理論
5. まとめと将来の展望
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有機シラン系2次元ソフトマテリアルの精密構造制御と表面機能特性
Precise Control of Surface Structure and Surface Functional Properties of Organosilane Two-dimensional Softmaterials
高原淳 九州大学 先導物質化学研究所教授
石田英臣 九州大学 工学府物質創造工学専攻
古賀智之 九州大学 工学府物質創造工学専攻
森田正道 九州大学 工学府物質創造工学専攻
化学吸着法と光局所分解を用いた有機シラン単分子膜のマイクロパターニングによる表
面構造と摩擦, 濡れ特性の精密制御, さらには濡れ特性を利用した局所高分子薄膜形成に
ついて, 筆者らの最近の研究成果を解説する。
【目次】
1. はじめに
2. 化学気相吸着と真空紫外リソグラフィーによる3 成分系有機シランナノ薄膜の調製
3. 多成分系有機シランナノ薄膜の表面構造
4. 2成分系有機シランナノ薄膜の濡れ特性と摩擦特性の異方性
5. 高分子薄膜の局所製膜
6. おわりに
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光反応を用いた強相関ソフトマテリアルの時空間制御
Spatial and Temporal Control of Strongly Correlated Softmaterials using Photochemical Reactions
宮田貴章 京都工芸繊維大学繊維学部高分子学科教授
光異性化反応と光二呈化反応を用い, 相溶する2 成分高分子混合系の相分離を誘起した。
マイクロメートル域の空間制限効果とミリ秒領域における相分離過程を周期の光照射を用
いて調べた。相分離の領域を20μm まで光で限定すると相分離が等方性から異方性に変
わり, ラメラ状のモルフォロジーを示した。一方, 種々の周波数で光を照射して相分離を
引き起こす場合, 構造周期の分布がある特定の外部周波数に対して最も狭くなることが観
測された。Mach-Zehnder 干渉計を用いた実験では, 相分離の挙動に対して反応誘起弾
性ひずみが重要な役割を演じていることがわかった。
【目次】
1. はじめに
2. 反応誘起相分離とその時空間制御の方法
2.1 反応によって駆動された臨界現象とモルフォロジーの制御
2.2 測定試料とその特性
2.3 相分離の時空間制御
2.3.1 空間変調(spatial modulation) による制御
2.3.2 時間変調(temporal modulation) による制御
2.3.3 可逆光架橋反応によるモルフォロジーの制御(modulation by reversible crosslinking reaction)
2.3.4 Competing Interactions による階層相分離構造の創製とその制御
3. おわりに
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テトラブロック共重合体を用いた非線形光学材料の設計
Design of Nonlinear Optical Material Using a Tetrablock Terpolymer
松下裕秀 名古屋大学大学院工学研究科物質化学専攻 教授
高野敦志 名古屋大学大学院工学研究科物質化学専攻 講師
ABCA 型のテトラプロック共重合体を設計してその凝集構造を観察した結果, 分子の
一方向配列が実現し, 対称中心をもたない構造が構築されたことがわかった。この結果は,
プロック共重合体の自己集合構造の既成概念を破るもので, このような規則構造を内部に
もつフィルムはソフトな非線形光学材料になりうる。
【目次】
1. はじめに
2. 分子設計の方針
3. 試料の調製と分子特性の評価
4. ミクロ相分離構造の観察
5. おわりに
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第4編 エントロピー制御と相分離リサイクル
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粘弾性相分離: 過渡的ゲル化に起因した新しい運動学的経路
Viscoelastic Phase Separation : A New Kinetic Pathway due to Transient Gelation
田中肇 東京大学生産技術研究所物質•生命部門教授
最近われわれは, 高分子, コロイド, タンパク質といったのろまな成分とすばしっこい
液体成分からなるソフトマテリアルにおいて, 新しいタイプの相分離様式である「粘弾性
相分離」を発見した。ここでは, 「複数自由度の間の強相関的結合」という視点から, そのメカニズム, 普遍性, 工学的応用について概観する。
【目次】
1. はじめに
2. 粘弾性相分離におけるパターン形成
3. のろまな成分はどのようにして相分離の足を引っ張るか:秩序変数間の強相関的動的結合
4. 高次階層構造(過渡的ゲル) の自発的形成の過程:新しい運動学的経路
5. 粘弾性相分離:最も一般的な凝縮系の相分離様式
6. ネットワーク構造の形成の工学的応用
7. おわりに
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高分子共重合体のメソフェイズ間転移キネティクス
Kinetics of Morphological Transitions between Mesophases in Block Copolymers
太田隆夫 京都大学基礎物理学研究所教授
野々村真規子 広島大学大学院理学研究科助手
高分子共重合体のメソ構造問転移に関する最近の理論的話題を解説する。2 元共重合体
の局所体積分率差を基本変数としてその発展方程式を書き下し, それにモード展開法を適
用して, 弱偏斥の領域で温度と平均体積分率の関数としての相図を求めた。温度を急変さ
せたときのあるメソ構造から他のメソ構造への転移のキネティクスを詳細に調べた。転移
のプロセスでのドメインのつなぎ替えや出現する中間構造について議論する。
【目次】
1. はじめに
2. 自由エネルギー汎関数と発展方程式
3. モード展開による計算機シミュレーション
4. おわりに
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生分解性高分子をベースにした高分子ブレンド系の構造と物性
Structure and Properties of Biodegradable Polymer-based Polymer Blends
池原飛之 神奈川大学工学部応用化学科助教授
邸兆斌 神奈川大学工学部応用化学科受託研究員
西敏夫 東京工業大学大学院 理工学研究科 有機・高分子物質専攻 教授/東京大学 名誉教授
環境の観点から生分解性高分子が注目されており, その高次構造制御と物性との関連が
研究されてきている。生分解性高分子は微生物に分解されて自然界に帰り, それが地球シ
ステムの中で新たな生体や物質にリサイクルされる。生分解性高分子を実用材料として用
いるとき, ポリマープレンドの手法は簡便で有効な手段である。本稿では, 生分解性高分
子を含む結晶性/結晶性ポリマーブレンドが示す特異な高次構造である相互侵入球晶について, その形成過程, 構造解析などを中心として述べる。また, 相互慢入球晶の形成条件についても議論する。
【目次】
1. はじめに
2. 結晶性/結晶性ポリマーブレンド
2.1 PBSU/PVDCVC 系
2.2 PEC/PLLA 系
2.3 PES/PEO 系
2.4 PBSU/PEO 系
3. 相互侵入球晶の形成条件
4. おわりに
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リアクティブプロセシングによる強相関系複合ポリマーの新材料設計
Polymer Alloys by Reactive Processing
井上隆 山形大学工学部機能高分子工学科教授
異種高分子の溶融混練中に分子間反応させてプロック・グラフト共重合体を生成させ,
それらを界面からミセルとして引き抜いてナノ構造体とすることによる, 耐鉛フリーハン
ダ耐熱性ナイロン, 金属のように室温で塑性加工できるPET 系樹脂, PPE 系のスーパー
エンジニアリングプラスチックなどの新規材料の設計について概説する。
【目次】
1. はじめに
2. 易架橋性の付与による耐熱変形性の向上
3. 熱可塑性プラストマー
4. スーパーエンジニアリングプラスチックヘの応用
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環状分子を用いた強相関ソフトマテリアル
Strongly Correlated Softmaterial using Cyclic Molecules
伊藤耕三 東京大学大学院新領域創成科学研究科教授
環状分子と高分子からなる強相関ソフトマテリアルの構造と物性を紹介した。特に, 8の字架橋点が自由に動く環動ゲル(トポロジカルゲル) では, 高分子が環状分子に束縛されることで, 高分子のひもとしての特性が静的物性でなく動的物性(ダイナミクス)に顕
著に現れている。
【目次】
1. はじめに
2. ナノチューブと高分子の包接解離挙動の理論的考察および実験的検証
3. 導電性高分子を用いた分子被覆導線
4. 環動ゲル(トポロジカルゲル)
5. おわりに
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Material Report R&D
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有機無機ハイブリッド液晶の創製
Development of Organic-Inorganic Hybrid Liquid Crystals
蟹江澄志 東北大学多元物質科学研究所多元制御研究部門助手
杉本忠夫 東北大学多元物質科学研究所多元制御研究部門教授
単分散微粒子の簡便な作製技術である“ゲルーゾル法”により, 形状異方性を有する単
分散チタニア微粒子を合成した。得られたチタニア微粒子とアミノ基を有する有機液晶分
子とを混合すると, 両者はナノレベルで均一にハイブリッド化し,“有機無機ハイブリッド液晶”が新たに得られることを見いだした。チタニア微粒子の単分散性およびアスペク
ト比がハイブリッド液晶相の発現における鍵であることが明らかとなった。
【目次】
1. はじめに
2.“ゲルーゾル法” による単分散微粒子の合成
2.1 ゲルーゾル法による単分散アナターゼ型チタニア微粒子の合成
3. 有機無機ハイブリッド液晶の開発
3.1 アミノ基を有する有機液晶の合成
3.2 チタニア微粒子の液晶化による有機無機ハイブリッド液晶の創製
3.3 小角X線散乱測定による有機無機ハイブリッド液晶の液晶相構造評価
4. おわりに
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機能材料連載講座
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因果化学からみる材料の機能性
Functionality of Materials based on Causality Chemistries
(第4 回) 光分子配向にみるトリガー増幅
Trigger Amplification in Light-induced Molecular Reorientations
市村國宏 東邦大学理学部特任教授
光反応性残基で置換された非晶性高分子薄膜に直線偏光を照射すると, 光学異方性が発
生するが, その値は小さい。自己組織化能を有する液晶性あるいは結晶性高分子を用いる
と, 光学異方性の値は大幅に増強されるが, これはトリガー増幅の結果として発現する。
【目次】
1. はじめに
2. 歴史的な背景
3. 光化学反応による光学異方性発現
4. アゾベンゼン系ポリマー膜における光分子配向
5. 液晶性高分子の光分子配向にみるトリガー増幅
6. 結晶性高分子でのトリガー増幅
7. 非偏向の光照射による分子配向
8. おわりに
特集 強相関ソフトマテリアルの動的制御 ―Part2
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第3編 複合機能の時空間制御
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高分子アゾベンゼン液晶フィルムのブラッグ型高回折効率ホログラム
Highly Efficient Bragg Holograms using Polymer Azobenzene Liquid Crystal Films
宍戸厚 東京工業大学資源化学研究所 助手
池田富樹 東京工業大学資源化学研究所 教授
高分子アゾペンゼン液晶フィルムのブラッグ型ホログラム記録について検討した。光応
答性・液晶性·透明性を有するモノマーを共重合して得られる高分子フィルムに干渉光を
書き込むことで, 回折効率99%の記録書き換え可能なホログラムを作製できることが明らかとなった。
【目次】
1. はじめに
2. ホメオトロピック配向性厚膜を用いたプラッグ型ホログラム
3. 透明光応答性厚膜の高効率ブラッグ型ホログラム
4. おわりに
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自己無撞着場理論による高分子系の不均一構造の動的シミュレーション
Dynamical Self-consistent Field Simulations of Inhomogeneous Structures in Polymer Systems
川勝年洋 東北大学大学院理学研究科物理学専攻教授
高分子混合系における相分離構造に代表される秩序相のドメイン構造や界面構造を計算
する有力な手法の一つに, 自己無撞荒場理論がある。この理論は主として高分子多成分系
の平衡構造の計算に用いられ, 成功を収めてきた。この自己無撞着場理論を用いて, 高分
子材料の成形加工時の流動特性や微細構造の制御を行おうという試みが, 最近盛んになさ
れ始めている。本稿では自己無撞荒場理論の動的拡張について解説し, 最近の研究成果
を概観する。
【目次】
1. はじめに
2. 動的自己無撞着場理論と複雑なドメイン構造の形成過程
3. 粘弾性特性と粘弾性相分離現象
4. 粘弾性特性と動的自己無撞着場理論
5. まとめと将来の展望
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有機シラン系2次元ソフトマテリアルの精密構造制御と表面機能特性
Precise Control of Surface Structure and Surface Functional Properties of Organosilane Two-dimensional Softmaterials
高原淳 九州大学 先導物質化学研究所教授
石田英臣 九州大学 工学府物質創造工学専攻
古賀智之 九州大学 工学府物質創造工学専攻
森田正道 九州大学 工学府物質創造工学専攻
化学吸着法と光局所分解を用いた有機シラン単分子膜のマイクロパターニングによる表
面構造と摩擦, 濡れ特性の精密制御, さらには濡れ特性を利用した局所高分子薄膜形成に
ついて, 筆者らの最近の研究成果を解説する。
【目次】
1. はじめに
2. 化学気相吸着と真空紫外リソグラフィーによる3 成分系有機シランナノ薄膜の調製
3. 多成分系有機シランナノ薄膜の表面構造
4. 2成分系有機シランナノ薄膜の濡れ特性と摩擦特性の異方性
5. 高分子薄膜の局所製膜
6. おわりに
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光反応を用いた強相関ソフトマテリアルの時空間制御
Spatial and Temporal Control of Strongly Correlated Softmaterials using Photochemical Reactions
宮田貴章 京都工芸繊維大学繊維学部高分子学科教授
光異性化反応と光二呈化反応を用い, 相溶する2 成分高分子混合系の相分離を誘起した。
マイクロメートル域の空間制限効果とミリ秒領域における相分離過程を周期の光照射を用
いて調べた。相分離の領域を20μm まで光で限定すると相分離が等方性から異方性に変
わり, ラメラ状のモルフォロジーを示した。一方, 種々の周波数で光を照射して相分離を
引き起こす場合, 構造周期の分布がある特定の外部周波数に対して最も狭くなることが観
測された。Mach-Zehnder 干渉計を用いた実験では, 相分離の挙動に対して反応誘起弾
性ひずみが重要な役割を演じていることがわかった。
【目次】
1. はじめに
2. 反応誘起相分離とその時空間制御の方法
2.1 反応によって駆動された臨界現象とモルフォロジーの制御
2.2 測定試料とその特性
2.3 相分離の時空間制御
2.3.1 空間変調(spatial modulation) による制御
2.3.2 時間変調(temporal modulation) による制御
2.3.3 可逆光架橋反応によるモルフォロジーの制御(modulation by reversible crosslinking reaction)
2.3.4 Competing Interactions による階層相分離構造の創製とその制御
3. おわりに
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テトラブロック共重合体を用いた非線形光学材料の設計
Design of Nonlinear Optical Material Using a Tetrablock Terpolymer
松下裕秀 名古屋大学大学院工学研究科物質化学専攻 教授
高野敦志 名古屋大学大学院工学研究科物質化学専攻 講師
ABCA 型のテトラプロック共重合体を設計してその凝集構造を観察した結果, 分子の
一方向配列が実現し, 対称中心をもたない構造が構築されたことがわかった。この結果は,
プロック共重合体の自己集合構造の既成概念を破るもので, このような規則構造を内部に
もつフィルムはソフトな非線形光学材料になりうる。
【目次】
1. はじめに
2. 分子設計の方針
3. 試料の調製と分子特性の評価
4. ミクロ相分離構造の観察
5. おわりに
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第4編 エントロピー制御と相分離リサイクル
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粘弾性相分離: 過渡的ゲル化に起因した新しい運動学的経路
Viscoelastic Phase Separation : A New Kinetic Pathway due to Transient Gelation
田中肇 東京大学生産技術研究所物質•生命部門教授
最近われわれは, 高分子, コロイド, タンパク質といったのろまな成分とすばしっこい
液体成分からなるソフトマテリアルにおいて, 新しいタイプの相分離様式である「粘弾性
相分離」を発見した。ここでは, 「複数自由度の間の強相関的結合」という視点から, そのメカニズム, 普遍性, 工学的応用について概観する。
【目次】
1. はじめに
2. 粘弾性相分離におけるパターン形成
3. のろまな成分はどのようにして相分離の足を引っ張るか:秩序変数間の強相関的動的結合
4. 高次階層構造(過渡的ゲル) の自発的形成の過程:新しい運動学的経路
5. 粘弾性相分離:最も一般的な凝縮系の相分離様式
6. ネットワーク構造の形成の工学的応用
7. おわりに
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高分子共重合体のメソフェイズ間転移キネティクス
Kinetics of Morphological Transitions between Mesophases in Block Copolymers
太田隆夫 京都大学基礎物理学研究所教授
野々村真規子 広島大学大学院理学研究科助手
高分子共重合体のメソ構造問転移に関する最近の理論的話題を解説する。2 元共重合体
の局所体積分率差を基本変数としてその発展方程式を書き下し, それにモード展開法を適
用して, 弱偏斥の領域で温度と平均体積分率の関数としての相図を求めた。温度を急変さ
せたときのあるメソ構造から他のメソ構造への転移のキネティクスを詳細に調べた。転移
のプロセスでのドメインのつなぎ替えや出現する中間構造について議論する。
【目次】
1. はじめに
2. 自由エネルギー汎関数と発展方程式
3. モード展開による計算機シミュレーション
4. おわりに
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生分解性高分子をベースにした高分子ブレンド系の構造と物性
Structure and Properties of Biodegradable Polymer-based Polymer Blends
池原飛之 神奈川大学工学部応用化学科助教授
邸兆斌 神奈川大学工学部応用化学科受託研究員
西敏夫 東京工業大学大学院 理工学研究科 有機・高分子物質専攻 教授/東京大学 名誉教授
環境の観点から生分解性高分子が注目されており, その高次構造制御と物性との関連が
研究されてきている。生分解性高分子は微生物に分解されて自然界に帰り, それが地球シ
ステムの中で新たな生体や物質にリサイクルされる。生分解性高分子を実用材料として用
いるとき, ポリマープレンドの手法は簡便で有効な手段である。本稿では, 生分解性高分
子を含む結晶性/結晶性ポリマーブレンドが示す特異な高次構造である相互侵入球晶について, その形成過程, 構造解析などを中心として述べる。また, 相互慢入球晶の形成条件についても議論する。
【目次】
1. はじめに
2. 結晶性/結晶性ポリマーブレンド
2.1 PBSU/PVDCVC 系
2.2 PEC/PLLA 系
2.3 PES/PEO 系
2.4 PBSU/PEO 系
3. 相互侵入球晶の形成条件
4. おわりに
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リアクティブプロセシングによる強相関系複合ポリマーの新材料設計
Polymer Alloys by Reactive Processing
井上隆 山形大学工学部機能高分子工学科教授
異種高分子の溶融混練中に分子間反応させてプロック・グラフト共重合体を生成させ,
それらを界面からミセルとして引き抜いてナノ構造体とすることによる, 耐鉛フリーハン
ダ耐熱性ナイロン, 金属のように室温で塑性加工できるPET 系樹脂, PPE 系のスーパー
エンジニアリングプラスチックなどの新規材料の設計について概説する。
【目次】
1. はじめに
2. 易架橋性の付与による耐熱変形性の向上
3. 熱可塑性プラストマー
4. スーパーエンジニアリングプラスチックヘの応用
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環状分子を用いた強相関ソフトマテリアル
Strongly Correlated Softmaterial using Cyclic Molecules
伊藤耕三 東京大学大学院新領域創成科学研究科教授
環状分子と高分子からなる強相関ソフトマテリアルの構造と物性を紹介した。特に, 8の字架橋点が自由に動く環動ゲル(トポロジカルゲル) では, 高分子が環状分子に束縛されることで, 高分子のひもとしての特性が静的物性でなく動的物性(ダイナミクス)に顕
著に現れている。
【目次】
1. はじめに
2. ナノチューブと高分子の包接解離挙動の理論的考察および実験的検証
3. 導電性高分子を用いた分子被覆導線
4. 環動ゲル(トポロジカルゲル)
5. おわりに
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Material Report R&D
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有機無機ハイブリッド液晶の創製
Development of Organic-Inorganic Hybrid Liquid Crystals
蟹江澄志 東北大学多元物質科学研究所多元制御研究部門助手
杉本忠夫 東北大学多元物質科学研究所多元制御研究部門教授
単分散微粒子の簡便な作製技術である“ゲルーゾル法”により, 形状異方性を有する単
分散チタニア微粒子を合成した。得られたチタニア微粒子とアミノ基を有する有機液晶分
子とを混合すると, 両者はナノレベルで均一にハイブリッド化し,“有機無機ハイブリッド液晶”が新たに得られることを見いだした。チタニア微粒子の単分散性およびアスペク
ト比がハイブリッド液晶相の発現における鍵であることが明らかとなった。
【目次】
1. はじめに
2.“ゲルーゾル法” による単分散微粒子の合成
2.1 ゲルーゾル法による単分散アナターゼ型チタニア微粒子の合成
3. 有機無機ハイブリッド液晶の開発
3.1 アミノ基を有する有機液晶の合成
3.2 チタニア微粒子の液晶化による有機無機ハイブリッド液晶の創製
3.3 小角X線散乱測定による有機無機ハイブリッド液晶の液晶相構造評価
4. おわりに
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機能材料連載講座
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因果化学からみる材料の機能性
Functionality of Materials based on Causality Chemistries
(第4 回) 光分子配向にみるトリガー増幅
Trigger Amplification in Light-induced Molecular Reorientations
市村國宏 東邦大学理学部特任教授
光反応性残基で置換された非晶性高分子薄膜に直線偏光を照射すると, 光学異方性が発
生するが, その値は小さい。自己組織化能を有する液晶性あるいは結晶性高分子を用いる
と, 光学異方性の値は大幅に増強されるが, これはトリガー増幅の結果として発現する。
【目次】
1. はじめに
2. 歴史的な背景
3. 光化学反応による光学異方性発現
4. アゾベンゼン系ポリマー膜における光分子配向
5. 液晶性高分子の光分子配向にみるトリガー増幅
6. 結晶性高分子でのトリガー増幅
7. 非偏向の光照射による分子配向
8. おわりに
