大象传媒

数理物質系　後藤 博正　准教授

　ある冬の日曜日、実験室に置いた容器の中の液晶が冻りつくほど寒い朝でした。しかし小さな容器だったこともあり、中身が冻っていることに気付かないまま、いつものようにその中で重合反応を行いました。すると结晶性のポリマーができました。さらに电気をかけると、结晶性のポリマーの上に液晶の秩序をもつポリマーが生成しました。100苍尘（0.0001ミリ）ほどの薄いフィルム状のポリマーの中で、结晶と液晶の2层构造ができていたのです。それは未知の合成方法でした。后藤さんが世界で初めて见つけたのです。「相転移连続重合法」と名付けたそのしくみは、わずかな温度差が结晶と液晶の相転移を引き起こし、きわめて特殊な构造をもつポリマーができたものと考えられます。

　このフィルムの正体は、ポリチオフェンという导电性ポリマーです。见た目は赤茶色ですが、电気を流して光を当てると金属のようにキラキラと光ります。さらに、加える电圧を変えると、金?银?铜の异なる光沢が现れます。电気によって色が変化する现象をエレクトロクロミズムと言い、物质によってさまざまな色に変化するものが知られています。しかし、金属色に変わる物质はそれまで作られていませんでした。
金属のように光るためには、表面の形状がざらざらしていて、光が不均一に屈折する构造が必要です。相転移连続重合法で作成したフィルムは、ひし形が组み合わさったような结晶构造の层の上に、分子がらせん状に配列した液晶构造の层が重なっています。触った感じはつるつるしていますが、実はその表面はなめらかではありません。2层构造の表面や境界面にナノレベルの凹凸があるせいで光の屈折率が変调し、金属光沢を放つようになるのです。液晶にはらせん以外にもさまざまな构造のものがあります。それらを使って表面の凹凸を変えることで、光の反射の状态、つまり光沢や発色をコントロールすることもできます。

　后藤さんはこの金属光沢に惹かれ、ポリマーの构造を详しく调べていきました。すると、昆虫のコガネムシのさやばねが、これととても似た构造だということがわかりました。コガネムシの幼虫がさなぎの中で成虫になる过程で、昼と夜の寒暖の差によって相転移を伴う反応が生じ、そのせいで结晶と液晶の层が重なった构造のさやばねができあがると考えられています。コガネムシがキラキラと光るのはその复雑な构造のためなのです。ただしコガネムシのさやばねは4?5层构造。今のところ、この方法で人工的に合成できるのは2层までですから、自然の力は伟大です。

　液晶からイメージするものといえば、テレビやパソコンのディスプレイ。解像度や発色の性能はどんどん向上していますが、现在の液晶ディスプレイでは、肉眼で见るような金属光沢を再现することはできません。ディスプレイ上で光っているように见える色は、周囲の色との比较などによって人间の脳が情报を补っているのです。后藤さんの开発したポリマーを応用すれば、「本物」の金属光沢を映し出せる液晶ディスプレイも梦ではありません。
后藤さんの研究の师匠は、导电性のポリアセチレンを発见したことで2000年にノーベル化学赏を受赏した白川英树先生です。しかし当时の研究テーマはポリアセチレンではなく液晶でした。そのころ、昆虫に兴味をもち、タマムシのさやばねが虹色に光る原理が液晶构造にあることを知りました。以来、光や色の変调をキーワードに、液晶ひとすじで研究を続けてきました。けれどもその成果がコガネムシにつながったのは全くの偶然です。

　 　　 　　　 　 　 　　　 　　　 　

玉虫色に辉くポリマー	研究室の学生たちの指导にも热心に取り组む

　近年、生物の生体构造や机能などを真似て新たな技术を开発しようとするバイオミメティクスという分野が盛んになっていますが、后藤さんの研究はこれとは逆のアプローチです。自分が开発した材料を突き詰めていくうちに、70年代にヨーロッパで解明されていたコガネムシのさやばねの构造の模倣(ミメティクス)であることに気づいたのです。コガネムシの辉きの秘密が、21世纪の日本で液晶ディスプレイ技术とともによみがえる。そんな思いがけない惊きを原动力に、后藤さんは休日の早朝から研究に励んでいます。

文責：広報室 サイエンスコミュニケーター

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