- 液晶性イオン伝導材料の開発と機能性膜・素子への応用 -

• イオン伝導路の次元制御とマクロスケール配向
• 液晶場光重合によるナノ構造固定化高分子フィルム作製
• イオン伝導型アクチュエータの創製
• 逆浸透膜、ウイルス分離膜、色素吸着膜、リチウムイオン電池電解質への応用

高速イオン伝導を示すフレキシブルな有機高分子膜材料の開発が、ソフトアクチュエータ、 燃料電池やリチウムイオン電池、水処理膜の高性能化のために必要な研究課題となっています。 我々は、分子が自発的に秩序構造を形成し、表面処理や電場や光などの外部刺激に対して応答性を示す液晶の特性を活用して、高速イオン伝導パスを構築する研究を行っています。 これにより既存材料では成し得ない、一次元や二次元の異方的イオン伝導パスの構築、液晶－液晶相転移を利用したイオン伝導ON/OFFスイッチングや液晶配向変化を用いたイオン 伝導方向のスイッチングが可能となります。また、液晶場での光重合を活用することで、液晶ナノ構造と配向が固定化されたフレキシブルかつ機械的に安定な架橋高分子フィルムを 作製することもできます。特に、イオン液晶などの両親媒性分子とイオン液体の自己組織化によるイオン伝導路の次元制御に着目して、高速変位かつ高出力なイオン伝導型アクチュ エータ (図1) 、きまったサイズのナノ細孔が連続した水処理膜の開発 (図2) を展開しています。

- 電気活性なパイ共役液晶・ブロックコポリマーの開発と素子化 -

• メカノクロミック発光材料の設計
• 強誘電性と半導体特性を融合した有機材料の構築
• レドックス活性分子機械の設計とアクチュエータ応用
• 不揮発性メモリ機能の有機トランジスタ、圧電素子の作製

パイ共役分子の積層構造や配列を動的に制御することができれば、外部刺激印加と材料の電気的・光学的特性がリンクした革新的な有機材料システムの構築が期待されます。 我々は、複数の準安定パイ共役積層構造を形成して力学・熱刺激に応答して多色発光を示すパイ共役液晶材料 (図3) 、強誘電性と半導体特性を兼ね備えたパイ共役液晶材料の開発を行って います。また、金属配位フタロシアニンをコアとした星型高分子をデザインし、エレクトレット形成に起因したメモリ機能を備えた新しいタイプの有機薄膜トランジスタなどの開発も進めています。

- 自己組織性金属有機かご型分子の合成と機能化 -

• かごナノ空間における電子・イオン輸送
• 自己修復や形状記憶などの外部刺激応答機能

金属有機多面体によって形成されるナノ空間は、特異な反応場や電子・イオン輸送場として魅力的です。我々は、独自に設計した有機配位子と金属イオンとの反応によって チューブ状や球状などの分子形状をもつ新規かご型分子の開発を行っています。これらの自己集合と配向を制御してナノ空間での高速な電子・イオン輸送を実現し、ガスなどの化学的刺激や 力学的な刺激に応答する新しいナノワイヤー・スイッチ、アクチュエータ素子としての応用を開拓します。また、動的共有結合などを取り入れて、かご型分子からなる三次元的な動的ネット ワーク構造を構築することにより、自己修復や形状記憶などの外部刺激応答機能の創出を目指します。