北川, 大地

Osaka City University Repository

ジアリールエテン結晶のフォトクロミック反応挙動と固体物性変化

 
 
氏     名   北川 大地 
学 位 の 種 類    博士（工学） 
学 位 記 番 号     第 6003号 
学位授与年月日   平成 26年 3月 24日 
学位授与の要件   学位規則第４条第１項 
学 位 論 文 名    Photochromic Reaction Behavior and Solid State Property Changes of 
Diarylethene Crystals（ジアリールエテン結晶のフォトクロミック反応挙動と固
体物性変化） 
 
論文審査委員    主 査 教 授  小畠 誠也    副主査 教 授 畠中 康夫 
          副主査 教 授  大嶋 寛  
 
 
論 文 内 容 の 要 旨 
 
固体表面物性や固体バルク物性の制御は、接着、吸着、リソグラフィー、アクチュエータ、バイオ
工学などへの幅広い応用の観点から重要である。特に、光を利用した物性制御は光接着・脱着、光ア
クチュエータなど新しい光機能性材料への応用として注目される。本論文では、フォトクロミック化
合物の一種であるジアリールエテン (DE)の結晶状態でのフォトクロミック反応挙動および結晶多
形間相転移、表面濡れ性制御、結晶形状変化等の固体物性変化について研究した成果を記述した。 
本論文は、序章および 6章から構成されており、序章では、DEのフォトクロミズム、結晶多形間
相転移、表面濡れ性、フォトメカニカル効果に関する研究背景と本研究の目的をまとめた。第 1章お
よび第 2章では、DEの結晶多形間相転移について研究した。結晶多形間相転移には、結晶の形を維
持したまま相転移するものと結晶の融解・結晶化を伴う相転移がある。まず、結晶の形を維持したま
ま相転移する DE結晶の相転移メカニズムおよび結晶中における分子の動きを明らかにした。さらに、
結晶の融解・結晶化を伴う DE結晶の相転移挙動の光制御およびそのメカニズムを明らかにした。第
3章および第 4章では、DE結晶を用いた表面濡れ性制御とフォトマイクロパターニングについて研
究した。表面濡れ性は、固体表面の粗さによって変化することが知られており、アモルファスポリマ
ーフィルムからの DE結晶の結晶化とそれに伴う表面濡れ性制御に成功し、フォトマスクを用いた結
晶化のフォトマイクロパターニングに成功した。さらに、水に対する接触角が 150°を超える超撥水
性表面の作製に成功し、逆さにしても水滴が転がり落ちないペタル効果を示すことを明らかにした。
第 5 章および第 6 章では、DE 結晶の光照射による光誘起結晶形状変化について研究した。DE の光
誘起屈曲現象における結晶の厚み依存性を検討し、結晶の厚みが薄いほど結晶が速く屈曲することを
実験的に証明し、実験結果を Timoshenkoのバイメタルモデルを用いて議論した。さらに、これまで
にない新しい結晶形状変化として、紫外光照射により DE結晶がねじれることを見出し、光誘起ねじ
れ現象のメカニズムを明らかにした。 
以上のように、フォトクロミック DEの結晶状態での反応挙動および固体物性変化に関する新しい
知見が得られた。 
 
 
 
 
 
 
 
 
論 文 審 査 の 結 果 の 要 旨 
 
光を利用した最先端材料への注目が高まり、光可逆に分子構造変化するフォトクロミック化合物が
光メモリ素子、光スイッチング素子、光表示素子、光アクチュエータなどの次世代光機能性材料とし
て注目を集めている。このような次世代材料を設計するには、固体状態でフォトクロミズムを示す分
子が求められ、新規な固体物性変化および物性解析手法の提案が求められている。本論文の著者は、
フォトクロミック化合物の一種であるジアリールエテンの結晶状態での光反応挙動と結晶多形間相
転移、表面濡れ性制御、および光誘起結晶形状変化に関する研究を行い、その成果をまとめている。 
まず、さまざまな構造のジアリールエテン誘導体を合成し、結晶作製および物性を評価している。
その中で、分子構造が同じであるが結晶構造の異なる多形結晶を見出し、多形間相転移について研究
を行っている。温度上昇に伴い結晶の形を維持したまま多形間相転移を示す結晶を見出し、多形間相
転移に伴う分子の動きを X 線構造解析により解明し、ドミノ型で分子が動いていることを明らかに
している。さらに、温度上昇により融解と結晶化を伴いながら相転移するジアリールエテン結晶を見
出し、紫外光照射でフォトクロミック反応を誘起することにより相転移温度を変化させることに成功
している。次に、温度制御による融解と結晶化を利用した固体表面形状変化に伴う表面濡れ性の制御
と表面形状の微細な光パターニングに成功している。さらに、結晶形状がフォトクロミック反応に伴
い変化するジアリールエテン結晶を見出し、屈曲挙動およびねじれ現象について明らかにしている。
結晶の厚みが薄いほど結晶が速く屈曲することを実験的に証明し、理論的側面からバイメタルモデル
を適用して、その屈曲挙動を解析している。また、光誘起ねじれ現象のメカニズムを X 線構造解析
および偏光吸収スペクトル解析により解明している。 
以上のように、本論文著者は、ジアリールエテンの結晶状態でのフォトクロミック反応挙動および
固体物性変化に関する新しい知見を得ている。これらの成果は、機能材料化学ならびに固体光化学の
発展に寄与するところ大である。よって本論文の著者は、博士（工学）の学位を受ける資格を有する
ものと認める。 


http://dlisv03.media.osaka-cu.ac.jp/infolib/user_contents/youshi/6003.pdf

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