JP4925479B2 - 液体−液晶間相転移を利用した物体移動機構および物体移動方法 - Google Patents
液体−液晶間相転移を利用した物体移動機構および物体移動方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4925479B2 JP4925479B2 JP2009042163A JP2009042163A JP4925479B2 JP 4925479 B2 JP4925479 B2 JP 4925479B2 JP 2009042163 A JP2009042163 A JP 2009042163A JP 2009042163 A JP2009042163 A JP 2009042163A JP 4925479 B2 JP4925479 B2 JP 4925479B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substance
- phase transition
- liquid crystal
- liquid
- phase
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000007704 transition Effects 0.000 title claims description 111
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 title claims description 93
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 16
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 119
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 37
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 35
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 128
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 43
- 230000005501 phase interface Effects 0.000 description 14
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 10
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 7
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- HHPCNRKYVYWYAU-UHFFFAOYSA-N 4-cyano-4'-pentylbiphenyl Chemical group C1=CC(CCCCC)=CC=C1C1=CC=C(C#N)C=C1 HHPCNRKYVYWYAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 230000004308 accommodation Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000000452 restraining effect Effects 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
Landscapes
- Liquid Crystal (AREA)
- Fluid-Pressure Circuits (AREA)
Description
4-pentyl-4’-cyanobiphenyl等,液晶性の物質は、分子が等方(無秩序)となった液体状態と、分子が一定の方向に配向した液晶状態を取ることができ、所定の温度(相転移温度)において液体状態と液晶状態との間で状態が可逆変化する。そして、かかる物質中に、相転移温度が含まれる温度勾配が存在した場合には、物質中に、液体相と液晶相とが界面を挟んで同時に存在する状態となる。
本発明は、かかる内部に液体相と液晶相とが界面が存在する物質における液体−液晶間相転移を利用した物体移動機構および物体移動方法に関する。
また、液晶は、電界や磁界を加えて液晶分子の配向方向を変化させるとその粘性が変化する。つまり、液晶は、電気粘性流体としての性質も有しているので、この性質を利用した軸受やダンパー等が開発されている。
第2発明の液体−液晶間相転移を利用した物体移動機構は、第1発明において、前記温度勾配形成手段は、前記物質を冷却する冷却手段と、該冷却手段に対して離間した位置に配設された、前記物質を加熱する加熱手段とを備えていることを特徴とする。
第3発明の液体−液晶間相転移を利用した物体移動機構は、第1発明において、前記温度勾配形成手段は、前記相転移領域を静止させた状態で、液晶領域と液体領域を逆転させる機能を有することを特徴とする。
第4発明の液体−液晶間相転移を利用した物体移動機構は、前記物質を収容する収容部材を備えており、該収容部材における前記物質と接触する面には、配向処理が施されていることを特徴とする。
第5発明の液体−液晶間相転移を利用した物体移動方法は、液体状態と液晶状態とを取り得る物質に浸漬された物体を移動させる移動方法であって、前記物体が、液晶状態の前記物質中に存在した状態では前記物質中のエネルギーが増加するものであり、前記物体を前記物質に浸漬した状態において、該物質中に、相転移温度を含む温度勾配を形成させ、前記物質中における相転移温度の相転移領域を移動させることを特徴とする。
第6発明の液体−液晶間相転移を利用した物体移動方法は、第5発明において、前記相転移領域を静止させた状態で、液晶領域と液体領域を逆転させることを特徴とする。
第2発明によれば、冷却手段が物質から奪う熱エネルギーと、加熱手段から物質に供給する熱エネルギーとを調整すれば、物質中に形成させる温度勾配を自由に調整することができる。よって、冷却手段と加熱手段との間に形成される相転移領域の位置及び移動の調整が容易である。
第3発明によれば、液晶相側と液体相側の位置を逆転させれば、相転移領域の移動に伴う物体の移動方向を逆向きにすることができるから、物体を一方向だけでなく、双方向に移動させることができる。
第4発明によれば、物質が液晶になったときにおける液晶分子の配向を拘束する力が強くなるので、物体が相転移領域とともに移動しやすくなる。
第5発明によれば、物質に加える熱エネルギーを調整すれば、相転移温度の相転移領域を液晶相側から液体相側に向かって移動させることができる。すると、物質の液体相に位置する物体を、相転移領域が物体に対して液晶相側から液体相側に移動するときに、相転移領域とともに移動させることができる。
第6発明によれば、液晶相側と液体相側の位置を逆転させれば、相転移領域の移動に伴う物体の移動方向を逆向きにすることができるから、物体を一方向だけでなく、双方向に移動させることができる。
本発明の物体移動機構は、物質に熱エネルギーを加えることによって物質中の物体を移動させるものであり、物体の移動に、物質の液晶−液体間の界面の移動を利用することに特徴を有している。
なお、図1では、物質MがプレートP上に配置されている場合を示しているが、本発明の物体移動機構を適用する装置では、物質Mを配置する部材は特に限定されない。例えば、物質Mは、一対の平板間に配置したり箱状の部材内に収容したりしてもよく、とくに限定されない。
この移動体mは物質Mの液晶中や液体中を移動できるものであれば特に限定されないが、液晶状態の物質M中に存在した状態では、物質M中のエネルギーが増加するような物質が好ましい。例えば、移動体mがその表面上に分子配向勾配を有するものであれば、移動体mが液晶状態の物質M中に存在した時に、物質M中に発生する分子配向場のエネルギー増加が大きくなる点で好ましい。
この加熱手段Hは、プレートPを介して物質Mを加熱することができるものであり、少なくとも、物質Mを、その液晶−液体間の相転移温度Tcよりも高い温度まで加熱できる機能を有するものである。
また、冷却手段Cは、プレートPを介して物質Mを冷却することができるものであり、前記加熱手段Hからある程度離間した位置に配置されている。この冷却手段Cは、少なくとも、物質Mを、その液晶−液体間の相転移温度Tcよりも低い温度まで冷却できる機能を有するものである。
そして、加熱手段Hおよび冷却手段Cは、両者の温度を調整して物質M中に形成される温度勾配を調整する制御手段に連結されている。
物質Mは、相転移温度Tcより高温では液体、相転移温度Tcより低温では液晶となるので、物質M内には、左側に液体相Lの領域、右側に液晶相LCの領域が形成され、両領域の間に相転移領域IFが形成されるのである。
(物体を移動させる手順)
まず、加熱手段Hによって物質Mの一部を相転移温度Tcより高温に加熱し、冷却手段Cによって物質Mの一部を相転移温度Tcより低温に冷却して、物質M中に相転移領域IFが形成されるように調整する。そして、物質M中に移動させる移動体mを液体相Lに浸漬させる。
つまり、物質Mに加える熱エネルギーを調整して、物質Mの温度勾配Tgを変化させる、言い換えれば、相転移領域IFを移動させれば、物質M中の移動体mを移動させることができるのである。
液晶相LC中では、全液晶分子がある方向に配向した状態で存在しているのに対し、液体中では分子が無秩序な状態(等方状態)で存在している。すると、物質M中に移動体mが存在している場合、物質Mと移動体mを含む系全体では、移動体mが液晶相LC中に存在するよりも移動体mが液体相L中に存在する方がエネルギー的に低い状態をとることになる。なぜなら、液晶相LC中に存在する移動体mは、液晶分子の配向を乱すからである。
すると、相転移領域IFが液晶相LC側から液体相L側に移動する場合、液体相L中に存在する移動体mは、液晶LC中に存在したくない、言い換えれば、物質Mと移動体mを含む系がエネルギー的に低い状態を維持しようとするために、移動体mが液体相L中に存在し続けようとする。このため、相転移領域IFが液晶相LC側から液体相L側に移動する場合には、移動体mは相転移領域IFに押されているかのように、相転移領域IFとともに移動するのである。
一方、相転移領域IFが液体相L側から液晶相LC側に移動する場合、液晶相LC中に存在する移動体mは液体相L中に移動しようとする。このため、相転移領域IFが液体相L側から液晶相LC側に移動するときには、移動体mはその位置に停止したまま、相転移領域IFを通過させるのである。
かかる加熱手段Hおよび冷却手段Cを備えた温度勾配形成手段を設けた場合には、冷却手段Cが物質から奪う熱エネルギーと、加熱手段Hから物質に供給する熱エネルギーとを調整すれば、物質M中に形成させる温度勾配Tgを自由に調整することができる。つまり、加熱手段Hの温度や冷却手段Cの温度を調整するだけで、冷却手段Cと加熱手段Hとの間に形成される相転移領域IFの位置及び移動を調整することができるので、相転移領域IFの移動の制御が容易になるし、制御手段の構成も簡単な構成とすることができる。
なお、上記例では、加熱手段Hや冷却手段CはプレートPの外面から物質Mを加熱冷却する場合を説明したが、物質Mを加熱冷却できるのであれば、加熱手段Hや冷却手段Cを設ける位置はとくに限定されない。例えば、加熱手段Hや冷却手段Cを物質Mに直接接触させて加熱冷却してもよい。
逆に、物質Mの相転移温度が室温よりも低い場合であれば、図1における加熱手段Hに冷却手段Cを設けてもよい。つまり、図1におけるプレートPの両側に冷却手段Cを設けてもよい。この場合も、一方の冷却手段Cだけで物質Mを冷却しても、物質M中に相転移温度Tcを含む温度勾配を形成させることができるし、また、両冷却手段Cによる冷却状態を調整しても、物質M中に相転移温度Tcを含む温度勾配を形成させることができる。
例えば、図1であれば、右側に液晶相LCの領域、左側に液体相Lの領域が形成されているので、相転移領域IFを右側から左側に移動させれば、移動体mを右側から左側に向かって移動させることができる。この状態から、液晶相LCの領域と液体相Lの領域を逆転させて、左側に液晶相LCの領域、右側に液体相Lの領域が存在するようにすれば、相転移領域IFを左側から右側に移動させたときに、移動体mを左側から右側に向かって移動させることができるのである。
実験は、図3(A)に示すような試験セル1を用い、試験セル1中の物質Mの温度勾配を変化させたときにおける物質M中の微粒子mの移動を確認した。
なお、2枚のガラス平板2は、両者の間の空間に物質Mを流し込みやすくするために、その位置を少しズラして配置している。
また、配向膜3には、垂直配向膜を使用した。
なお、外気温の影響を遮断するために、実験装置10を断熱ケース14内に配置した状態で実験を行った。
なお、CCDカメラによる撮影のための光を確保するために、銅板12および断熱ケース14の下面に孔を形成し、この孔から光を試験セル1に照射した。
そして、液晶相LC、液体相Lの両方を透過する光を受光するために、試験セル1に光を照射する光源と試験セル1との間には偏光子を配置しており、試験セル1とCCDカメラとの間には検光子を配置している。
図4において、黒い点は微粒子mであり、黒い帯状の部分が相界面(相転移領域)であり、図中相界面に対して、左側の領域が液体相Lであり右側の領域が液晶相LCである。 なお、図4(a)、(c)の状態では、2つの熱電対15によって測定される温度が、右側が29℃、左側が39℃(温度勾配0.33℃/mm)となるように2つのサーモモジュール11によって温度が調整されている。
以上のことから、2つの微粒子mは、相界面の移動に伴って、相界面に押されるように移動したこと考えられる。
LC 液晶相
M 物質
m 移動体
IF 相転移領域
Tc 相転移温度
Tg 温度勾配
Claims (6)
- 液体状態と液晶状態とを取り得る物質に浸漬された物体を移動させる移動機構であって、
前記物体が、液晶状態の前記物質中に存在した状態では前記物質中のエネルギーが増加するものであり、
前記移動機構は、
前記物質と、
該物質中に、相転移温度を含む温度勾配を形成させる温度勾配形成手段と、を備えており、
該温度勾配形成手段は、
前記物質中において相転移温度の相転移領域を移動させる相転移領域調整機能を有している
ことを特徴とする液体−液晶間相転移を利用した物体移動機構。 - 前記温度勾配形成手段は、
前記物質を冷却する冷却手段と、
該冷却手段に対して離間した位置に配設された、前記物質を加熱する加熱手段とを備えている
ことを特徴とする請求項1記載の液体−液晶間相転移を利用した物体移動機構。 - 前記温度勾配形成手段は、
前記相転移領域を静止させた状態で、液晶領域と液体領域を逆転させる機能を有する
ことを特徴とする請求項1記載の液体−液晶間相転移を利用した物体移動機構。 - 前記物質を収容する収容部材を備えており、
該収容部材における前記物質と接触する面には、配向処理が施されている
ことを特徴とする請求項1、2または3記載の液体−液晶間相転移を利用した物体移動機構。 - 液体状態と液晶状態とを取り得る物質に浸漬された物体を移動させる移動方法であって、
前記物体が、液晶状態の前記物質中に存在した状態では前記物質中のエネルギーが増加するものであり、
前記物体を前記物質に浸漬した状態において、
該物質中に、相転移温度を含む温度勾配を形成させ、
前記物質中における相転移温度の相転移領域を移動させる
ことを特徴とする液体−液晶間相転移を利用した物体移動方法。 - 前記相転移領域を静止させた状態で、液晶領域と液体領域を逆転させる
ことを特徴とする請求項5記載の液体−液晶間相転移を利用した物体移動方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009042163A JP4925479B2 (ja) | 2009-02-25 | 2009-02-25 | 液体−液晶間相転移を利用した物体移動機構および物体移動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009042163A JP4925479B2 (ja) | 2009-02-25 | 2009-02-25 | 液体−液晶間相転移を利用した物体移動機構および物体移動方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010197685A JP2010197685A (ja) | 2010-09-09 |
JP4925479B2 true JP4925479B2 (ja) | 2012-04-25 |
Family
ID=42822469
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009042163A Expired - Fee Related JP4925479B2 (ja) | 2009-02-25 | 2009-02-25 | 液体−液晶間相転移を利用した物体移動機構および物体移動方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4925479B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5846600B2 (ja) * | 2010-09-01 | 2016-01-20 | 高知県公立大学法人 | 液体−液晶間相転移を利用した物体選別機構および物体選別方法 |
JP5880999B2 (ja) * | 2010-09-01 | 2016-03-09 | 高知県公立大学法人 | 液体−液晶間相転移と液晶欠陥の相互作用による物体移動機構および物体移動方法 |
JP6950914B2 (ja) * | 2016-09-20 | 2021-10-13 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 受光応答装置 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0646584A (ja) * | 1992-07-22 | 1994-02-18 | Fujitsu Ltd | マイクロマシン駆動装置 |
JP3586734B2 (ja) * | 2001-10-01 | 2004-11-10 | 学校法人高知工科大学 | 液晶流動形成機構、液晶流動形成方法および液晶流動を用いた物体移動機構 |
JP4701415B2 (ja) * | 2005-09-02 | 2011-06-15 | 公立大学法人高知工科大学 | 液晶欠陥を利用した液晶流動形成機構および液晶流動形成方法、並びに、液晶流動を利用した物体移動機構および物体移動方法 |
JP5099809B2 (ja) * | 2006-09-05 | 2012-12-19 | 公立大学法人高知工科大学 | 液晶流動を利用した液晶浸漬物体の移動制御機構 |
-
2009
- 2009-02-25 JP JP2009042163A patent/JP4925479B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2010197685A (ja) | 2010-09-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kobashi et al. | Planar optics with patterned chiral liquid crystals | |
Jeong et al. | Multicolor 4D printing of shape-memory polymers for light-induced selective heating and remote actuation | |
Zeng et al. | Alignment engineering in liquid crystalline elastomers: Free-form microstructures with multiple functionalities | |
JP4925479B2 (ja) | 液体−液晶間相転移を利用した物体移動機構および物体移動方法 | |
Warner et al. | Curvature in nematic elastica responding to light and heat | |
Li et al. | Temperature-dependent transformation thermotics: from switchable thermal cloaks to macroscopic thermal diodes | |
Petsch et al. | Smart artificial muscle actuators: Liquid crystal elastomers with integrated temperature feedback | |
CN108452853A (zh) | 用于微流体器件的温度控制*** | |
JPS6230614B2 (ja) | ||
JP3973477B2 (ja) | 画像表示装置 | |
JP5846600B2 (ja) | 液体−液晶間相転移を利用した物体選別機構および物体選別方法 | |
Palermo et al. | A command layer for anisotropic plasmonic photo-thermal effects in liquid crystal | |
RU2428524C2 (ru) | Устройство и способ для производства блоков кристаллического материала | |
Godin et al. | Analysis of crystal growth kinetics in undercooled melts by infrared thermography | |
Zhang et al. | Abnormal optical anisotropy in correlated disorder KTa1− xNbxO3: Cu with refractive index gradient | |
Chen et al. | Programming actuation onset of a liquid crystalline elastomer via isomerization of network topology | |
Kölbl et al. | Single hot thermocouple technique for the characterization of the crystallization behavior of transparent or translucent liquids | |
Kim et al. | Thermally responsive microlens arrays fabricated with the use of defect arrays in a smectic liquid crystal | |
JP5880999B2 (ja) | 液体−液晶間相転移と液晶欠陥の相互作用による物体移動機構および物体移動方法 | |
Liu et al. | Active thermal metasurfaces for remote heating/cooling by mimicking negative thermal conductivity | |
CN113382844B (zh) | 用于增材制造打印头中的丝材熔融的温度保持的设备、***和方法 | |
JP4701415B2 (ja) | 液晶欠陥を利用した液晶流動形成機構および液晶流動形成方法、並びに、液晶流動を利用した物体移動機構および物体移動方法 | |
Škarabot et al. | Optothermally driven colloidal transport in a confined nematic liquid crystal | |
Fernández | Exotic actuators | |
JP5697377B2 (ja) | エレクトロクロミック調光素子及び撮像装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20111108 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20111226 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120124 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120206 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150217 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4925479 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |