蒸気によって駆動する超bcゲームカジノ入金方法アクチュエーターの開発

〜センサー、ソフトアクチュエーター・人工筋肉への応用に期待〜

2020/10/15 14:00

成果の概要

東京都立大学大学院理学研究科の伊與田正彦客員教授（名誉教授）、北里大学大学院理学研究科の長谷川真士講師、横浜国立大学大学院環境情報研究院の大谷裕之教授、名古屋市立大学大学院理学研究科の青柳忍教授は、特定の蒸気を感知して可逆的に変形・変色するという、これまでにない特性を持つ新材料を作り出すことに成功しました。この新材料は、フェニル基（注1）を付加したチオフェン（注2）bcゲームカジノ入金方法からなる環状6量体（図1a）が繊維状に超bcゲームカジノ入金方法（注3）集合した繊維状物質（ファイバー）で、その環状のbcゲームカジノ入金方法内およびbcゲームカジノ入金方法間にアセトン（注4）などの小bcゲームカジノ入金方法を取り込むことができます。アセトンbcゲームカジノ入金方法を取り込んだ黄色のファイバーは、乾燥させるとアセトンbcゲームカジノ入金方法を放出し、橙色に変色する（図1b）とともに湾曲（図1c）します。乾燥した橙色のファイバーは、アセトン蒸気に触れさせるとアセトンbcゲームカジノ入金方法を吸収し、その色と形を元に戻します（図1bc）。この特性は、特定の蒸気を感知するセンサーや、電源や熱源なしに蒸気のみによって駆動する新しい原理のアクチュエーター（注5）・人工筋肉などへの応用が期待されます。

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【図1】(a) 合成した環状チオフェン６量体bcゲームカジノ入金方法、(b) 蒸気による変色、(c) 蒸気による変形

論文掲載

本研究はアメリカ化学会誌（J. Am. Chem. Soc. ）の速報（DOI: 10.1021/jacs.0c05340）に掲載されました（タイトル: Reversible Color and Shape Changes of Nanostructured Fibers of a Macrocyclic π-Extended Thiophene Hexamer Promoted by Adsorption and Desorption of Organic Vapor）。

アメリカ化学会誌は、アメリカ化学会により発行されている、化学分野で最も引用数の多い学術雑誌です（2019年インパクトファクター：14.612）。

ポイント

■ フェニル基の付加した環状チオフェン６量体を新規に合成し、そのbcゲームカジノ入金方法から超bcゲームカジノ入金方法ファイバーを作製しました。

■作製したファイバーは、環状bcゲームカジノ入金方法が積み重なった内部構造を有し、bcゲームカジノ入金方法内およびbcゲームカジノ入金方法間の隙間にアセトンなどのbcゲームカジノ入金方法の蒸気を取り込んで、その色と形、内部構造を可逆的に変化させることを明らかにしました。

■電源や熱源を用いずに、蒸気のみによる省エネルギーな物質の可逆的な変形・運動を達成しました。

■この超bcゲームカジノ入金方法ファイバーは、有機溶媒に溶かすことでその溶液から繰り返し作製できるため、持続性のある環境にやさしい素材です。

研究背景

近年、光や熱、外力や蒸気などの外部刺激を感知して自ら可逆的に変形・運動する材料が注目されています。このような材料はスマートマテリアルと呼ばれ、人工筋肉やアクチュエーター、センサー、生物模倣技術などの様々な用途への応用が期待されています。光や熱、外力に比べて蒸気は、電源や熱源を特別に必要としないため、省エネルギーな外部刺激として特に注目に値します。しかし、蒸気刺激に対して変形・運動する物質の報告例はこれまで極めて少なく、高bcゲームカジノ入金方法材料においていくつか報告例があるものの、それらの変形・運動を可逆的に制御するまでには至っていませんでした。

研究内容

蒸気刺激に対して自ら可逆的に変形・運動するスマートマテリアルの開発を目指して、本研究ではフェニル（Ph）基を2個付加したチオフェンbcゲームカジノ入金方法（図2a）6個からなる環状bcゲームカジノ入金方法（図１a、図2b）を新規に合成しました。この環状bcゲームカジノ入金方法は、特定の小さなbcゲームカジノ入金方法をその環内に取り込むことができ、その際bcゲームカジノ入金方法構造に少し変化が生じます。この環状bcゲームカジノ入金方法は、ある条件下で積層するように超bcゲームカジノ入金方法集合（図2c）することで、図1bに示す黄色のファイバーを形成します。

得られた黄色のファイバー（図1b）は、図2bの環状bcゲームカジノ入金方法に加えて、アセトンbcゲームカジノ入金方法を含んでおり、乾燥させるとアセトンbcゲームカジノ入金方法を放出するとともに黄色から橙色に変色します（図1b）。この変色はbcゲームカジノ入金方法構造の変化に起因します。乾燥後アセトン蒸気に触れさせると橙色から黄色に変色し、更に再度乾燥させると再び黄色から橙色に変色します。

このような蒸気刺激に対する可逆的な変色に加えて、このファイバーは蒸気刺激に対する可逆的な変形・運動も示します（図1cおよび動画1と2）。図1cおよび動画で示すように、長さ1 mm程度のファイバーがアセトン蒸気の有無によって可逆的に湾曲することで、その先端位置が0.1 mm程度、上下運動していることが分かります。この可逆的な変形・運動は、アセトン蒸気刺激と乾燥を繰り返すことにより、10回以上繰り返されます。蒸気刺激前後のファイバーの内部構造をSPring-8（注6）でのX線回折（注7）により調べた結果、蒸気刺激によってbcゲームカジノ入金方法配列（図2c）が可逆的に変化することで図1cの変形が引き起こされていることが分かりました。

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【図2】(a) 3,4-ジフェニルチオフェン、(b) 環状bcゲームカジノ入金方法の構造、(c) 環状bcゲームカジノ入金方法の積層構造

今後の展望と波及効果

本研究は、複数の安定なbcゲームカジノ入金方法構造および結晶構造を持つ環状bcゲームカジノ入金方法を用いることで、蒸気刺激に対して可逆的に繰り返し変形・変色する物質を開発できることを示しました。この成果は、蒸気刺激に対して駆動するスマートマテリアルの開発に道を拓くものです。今後、本研究で見出された物質開発指針を応用することで、特定の蒸気を感知するセンサーや、蒸気によって構造および吸光・蛍光特性が変化するソフトアクチュエーター（注８）、蒸気の流れを回転運動に変換するbcゲームカジノ入金方法モーター、および蒸気で駆動する人工筋肉など、電源や熱源なしに蒸気のみによって駆動する新しい原理のアクチュエーターが実現できる可能性があります。

用語解説

【注１】フェニル基

化学式C6H5で表される。ベンゼンC6H6に似た炭素原子6個が6角形状に結合してできた原子団。

【注２】チオフェン

化学式C4H4Sで表される。炭素原子4個と硫黄原子1個が5角形状に結合してできたbcゲームカジノ入金方法。

【注３】超bcゲームカジノ入金方法

複数のbcゲームカジノ入金方法がbcゲームカジノ入金方法間相互作用により規則的に集合してできたbcゲームカジノ入金方法の集積体。

【注４】アセトン

化学式C3H6Oで表されるbcゲームカジノ入金方法で有機溶剤として広く用いられる。両親媒性の液体で水にも油にも溶け、常温で高い揮発性を有する。

【注5】アクチュエーター

アクチュエータとも言う。電気や熱などのエネルギーを伸縮や回転などの機械的な変形・運動に変換する装置。

【注6】SPring-8