龍谷大,光照射で可逆的に急速変化する結晶を発見

龍谷大学は,光を照射することで可逆的に結晶相転位を誘起し,急速に曲がる結晶システムを発見した(ニュースリリース)。

有機分子の集合体である結晶に紫外光を照射すると変形や屈曲現象が起こることが報告されている。これらの結晶は,光エネルギーを直接,力学的パワーに変換可能なため,光駆動アクチュエーターや分子機械の構成要素としての基礎研究として注目されている。

同大は,光を照射すると色を可逆的に変えるフォトクロミック化合物,特に熱的な安定性を有するジアリールエテンという化合物を用いて光を照射して光応答する機能材料を研究してきた。ジアリールエテンは,無色の開環体と呼ばれる状態に紫外光を照射すると分子中心部が閉環し,着色した閉環体を与える。これに可視光を照射すると元の開環体を再生する。この化合物は,光で何回も閉環・開環反応を繰り返せること,結晶状態でもフォトクロミズムができる。

この化合物を昇華して作成した結晶は,長さ約0.5mm,幅約10μmのサイズのブロードソード形の結晶をしている。この結晶は一旦光源から遠ざかるように曲がり,続いて急速に接近するように曲がる。大型放射光施設SPring-8で測定したその結果,光照射により,最初に光源から遠ざかる方向に曲がる際にSCSC相転位が起こり,急速に結晶の体積が減少することで手前に大きくかつ迅速に曲がっていることが判明した。

この時の結晶構造は,紫外光照射前のPhase Iの状態から,結晶格子の角度が変わるとともに,隣接する結晶格子の対称性が悪くなったPhase IIに変わっていることが確認できた。その理由として,隣接する結晶格子のフェニル基が異なる回転角を取るように回り,結晶格子の体積が減少していることも分かった。

さらに可視光を照射すると,先ほどの軌跡を逆にたどるように,二段階の屈曲を経て元の真っすぐな元のPhase Iの状態の結晶に戻った。

現在,金属を使って作られるロボットに対して,柔らかい材料をつかった「ソフトロボット」の開発が進められている。光で屈曲する結晶も,ソフトロボットの有力候補だが,応答が緩やかという欠点があった。今回の光応答システムは,それを克服する一つの回答を示したものだとしている。

その他関連ニュース

  • 名大ら,無機結晶に柔粘性結晶の格子変調を発見 2021年02月22日
  • 名大ら,光で結晶のシワの運動が変化するのを観測 2021年02月18日
  • 北大ら,多結晶より熱が伝わりにくい単結晶を発見 2021年02月16日
  • 東北大ら,るつぼを使わない高速結晶育成法を開発 2021年01月22日
  • 東大ら,結晶化現象とその成長の動画記録に成功 2021年01月22日
  • 立命大ら,安価なフォトクロミック材料を発見 2021年01月14日
  • 東工大ら,原子空孔の配列を制御する新手法を開発 2020年11月25日
  • 東大ら,ガラスの物性を生み出す因子を明示 2020年11月20日