研究概要

川月研究室では、“光”・“高分子” ・“液晶” ・“刺激応答” をキーワードに、光、熱、温度など様々な外部刺激に対して分子レベルで応答し、材料の自己組織性や電子状態を自在に制御できる刺激応答性機能性材料の研究に取り組んでいます
とくにディスプレイや電子材料、エネルギー、センサーなどへの応用展開をめざしており、これまでにいくつかの材料が光機能性高分子として実用化されています。
大きな研究分野として:
 1. 光応答性高分子の光配向
2. 刺激応答機能性色素/高分子
   を研究テーマの中心にしています。
 これらを通して高分子フィルムの、配向性の制御や外部応答による機能発現や応答などを創出します。

 大学の研究室として、“明るく、楽しく、ときに厳しく” をモットーに研究をエンジョイしています。


1. Photoinduced orientation of photoresponsive materials

1. 光応答性高分子の光配向:command in bulk

ケイ皮酸エステル、ケイ皮酸、安息香酸などを含む光反応性液晶メソゲンを有する高分子液晶フィルムを偏光で選択的に光反応すると、フィルムにわずかな異方性が付与されます(command in bulk)。これをきっかけにして液晶の自己組織化を促すとフィルムには大きな光学的異方性が発現し、複屈折フィルムや偏光光学素子、光記録、液晶光配向膜等に応用することができます。  当研究室では、様々な光反応性高分子をデザイン・合成し、それらの光化学応答性、光配向性や光学的挙動を精査するとともに、新しい手法による光配向技術の学理や、デバイス創成に取り組んでいます。

光配向性高分子液晶の基本構造を示します。このような構造を基本に、メソゲンコアに光応答性基を直接組み入れたり、水素結合を利用してメソゲンを形成します。  当研究室の光配向材料の特徴は“光分子配向”することです。これにより光配向後の大きな誘起複屈折、低分子液晶との大きな相互作用が得られます 

光配向性材料として、例えば以下に示すものを開発しています。これら単体、共重合体、スペーサー長や高分子主鎖をかえることで、様々な特性を有する光配向剤が得られます。

光配向性メソゲンとしてベンジリデンアニリン基(NBA)が光配向することを見いだしました。NBAはベンズアルデヒドとアミン類の縮合により容易に合成できるので、種々の割合で混合しフィルム形成後にも光配向能を付与できることを明らかにしています。さらに、光反応しないフィルム上で選択的に光配向させることも可能です。

光配向性フィルムの3次元的な配向性を、NEXAFSと吸収スペクトルを利用して明らかにしました。光配向剤にはhomogeneousに自己組織化しやすいものと、homeotropicに配向しやすいものがあります。これまではバルク状態でそれらを解析していましたが、NEXAFSにより極表面では光応答性液晶性メソゲンがhomogeneousに配向しやすいことが判明しました。

 光分子配向する光配向フィルムに種々の偏光状態でホログラム記録を行ないます(偏光ホログラフィー)。すると、干渉光の偏光状態に応じた分子配向が誘起され、光波の状態を様々に変換(あるいは検知)できる偏光ホログラムが得られます。  物質移動を伴う材料の場合には、表面レリーフ(SRG)とともに変調された分子配向が得られますが、対称ホログラムでは対称なSRG、2つの光波を非対称にした非対称偏光ホログラムでは非対称な(blazed)SRGが得られることを明らかにしました。

2. Stimuli-responsive functional dye/polymer

π共役分子は共役長や分子構造に依存した吸収や発光を示します。これらの吸収・発光は分子の凝集状態や電子状態にも強く依存しており、光や酸・力学的刺激などによって分子周囲の環境をコントロールすることで発色や発光状態を変化させることができます。当研究室ではこのような性質を示す色素を設計・合成し,光学特性・電気特性などを調べています

Materials

刺激応答性色素の一例を示します。発光色や電子状態を考慮し,液晶性や溶解性,高分子への展開を視野に入れて単純な構造で機能発現することを目指しています。

力学的刺激/酸・アルカリ刺激による発光色制御

こすったり引っ張ったりすることで発光色が変化する低分子・高分子色素合成しています。また,酸やハロゲンなどを作用させることで、異なる色で同様の変化を示す材料も合成しています。これらの材料を含む高分子に加工し,センサーなどへの応用を目指しています。

水素結合の脱着による高分子/色素フィルムの可逆的な発光色制御