ジャパネット たかた 研究紹介
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キラルネマティックでおなじみのジャパネットたかた
[ 51] キラルネマティックとは！ 研究紹介
【参考サイトURL】 http://www.ims.tsukuba.ac.jp/~akagi_lab/research/intro.htm
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液晶の種類の一つに、液晶分子の層がらせん状にねじれたものがあります（下図左）。それをキラルネマティック液晶と言い、偏光顕微鏡で観察すると独特な縞模様（指紋状模様）を観察することができます（下図右）。このキラルネマティック液晶にポリアセチレンを合成するためのチグラ・ナッタ触媒を加え、不斉液晶反応場を構築します。
らせん状にねじれた不斉異方性反応場でアセチレン重合を行うと、その反応場を写し取るように、左右どちらか一方向にらせんを巻いたヘリカル構造をもつヘリカルポリアセチレンが形成されます。
高分子の側鎖や反応場にらせん誘起力を持った分子を加えることで、主鎖が一方向にねじれた高分子が合成できます。これれは、その蛍光においても一方向にねじれた蛍光（円偏光発光）を示します。
主鎖の分子の種類を変えることで蛍光の色を変化することができ、ＲＧＢの蛍光を実現することができます。また、それらを混合することで白色の蛍光も得られます。
特定の波長で異性化する分子を共役主鎖に組み込んだ高分子です。異性化に伴い平面性が変化し有効共役鎖長も変化するため物性（伝導性や蛍光色）も変化します。光スイッチング素子としての利用が期待されます。
側鎖に置換した液晶基を外力（磁場など）により配向させると、主鎖を一方向にそろえることができます。それにより、電気的異方性や光学的二色性が表れます。
共役系高分子の特徴の一つに電気的異方性があげられます。これは、共役系高分子の主鎖一本に電気が流れやすいということです。しかし、高分子をフィルム状にすると主鎖がランダムに絡み合った状態になり、電気的異方性は得られません。
そこで、側鎖に液晶基を導入することで外場により主鎖を配向させることができるようになります。配向させると上図のようになり、主鎖に平行な方向は電気伝導度が高く、垂直な方向は電気伝導度が低い、電気的異方性を有します。同様に、吸光度や蛍光においても主鎖に平行な方向と垂直な方向で二色性が得られます。
側鎖に強誘電液晶基を導入し、共役系高分子でありながら強誘電性を示します。電場をかけることでヒステリシス曲線が得られます。電場による高速スイッチングが可能です。
電場をかけていない状態が�，任后６�誘電液晶基がらせんを巻いています。これに電場をかけることで、�△両�態となります。電場により強誘電液晶基が一定の方向に傾き、それに伴い主鎖も傾きます。この状態から電場を反転させると、履歴（ヒステリス）を残しながら��の状態となり、強誘電液晶基と主鎖の傾きが逆になります。以降電場を反転させることで�□���、��→�△半�態を変化させ、高速スイッチングが可能です。
共役系高分子は、導電性高分子としても知られています。しかし、通常の共役蛍光分子はドーピング無しでは高い導電性を示さず、可視光を吸収するので黒く見えます。そこで、共役系高分子のバンドギャップを小さくすることができれば、ドーピングすることなしに高い導電性を示し、また赤外領域に吸収を持てば、透明電極としての応用が可能です。
キノイド構造を有する共役系高分子に液晶基を導入することで、側鎖ならびに主鎖を磁場などの外力により配向させることができるようになります（液晶性高分子参照）。これにより、巨視的に配向したスモールバンドギャップ型高分子が実現できます。
磁性体の磁気は原子が担っていますが、その中でも電子スピンによる所が大きいのです。鉄などの強磁性体はスピンの向きがそろい、磁化の方向が一定な磁区と呼ばれる小さな領域があります。しかし、通常はそれぞれの磁区の磁化の方向はバラバラな状態なので、常磁性しか示しません。しかし、外部磁場をかけることでその磁区の磁化方向がそろい強磁性を示します。
有機物では、構成原子の電子が2個づつ対（電子対）を作って安定な化学結合を作っていますが、パウリの排他律によりスピンが上向きのものと下向きのものとで対を作るので、磁石にはなりません。つまり、有機物を磁石にするには、スピンが孤立し対を作っていない電子（不対電子）をもち、さらにそのスピンの向きをそろえる必要があります。
キラルネマティックでおなじみのジャパネットたかた
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