前書き

    想像してみれば、体温に合わせて服の色が変えられ、押すことで防犯ラベルが色を変え始める。このようなSFの场景が、徐々に現実のものとなる。材料科学と3Dプリンティング技術の融合により、同軸直接インク書き込み（DIW）3D プリンティングによるコレステリック液晶エラストマー（CLCEs）技術という革新的な成果が生まれた。この研究成果は、ペンシルバニア大学、ハーバード大学、ローレンスリバモア国立研究所の共同研究により、CLCEsの複雑な三次元構造のプリンティングの技術的ボトルネックを解消した。2025年37巻10号の『Advanced Materials』に掲載された。

    最近、アメリカのペンシルバニア大学、ハーバード大学、ローレンスリバモア国立研究所の研究者たちが、2025年の『Advanced Materials』誌に「Coaxial Direct Ink Writing of Cholesteric Liquid Crystal Elastomers in 3D Architectures」と題する論文を発表した。同軸3Dプリンティング技術を用いて、コレステリック液晶エラストマー（Cholesteric Liquid Crystal Elastomer, CLCE）を基とするインテリジェントマテリアルを成功に開発した。この材料は、内部のらせん構造により、温度や圧力などの外部刺激に対してダイナミックに反応することができる。体温に合わせて色を変えたり、押すことで防犯情報を表示したりする。研究チームは、核壳印刷技術を用いて、従来の制造における構造の安定性不足の問題を解決し、この材料がスマート织物、防犯技術、ソフトロボット分野に大きな応用ポテンシャルを発揮するようになった。

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202416621

    当論文では、コレステリック液晶エラストマー（Cholesteric Liquid Crystal Elastomer, CLCE）の鍵となる成分であるCF756（别名：LC756）が、温度や圧力に対する応答特性を実现するのに用いられていることが述べられている。弊社CHEMFISH TOKYOが提供するこの製品は、添加剤や機能材料として、材料の光学性能や機械的安定性を向上させるために用いられる。同軸3Dプリンティング技術に関連し、核壳構造の最適化や印刷精度の向上にも役に立つ。

    コレステリック液晶エラストマーは、材料界の「スマートカメレオン」とも称される。内部のらせん分子構造は、機械的ストレス作用下で変形し、反射光の波长がダイナミックに変化するため、色彩の可逆的な変化を実现することができる。この材料は、ゴムバンドのような弹性を备えているだけでなく、物理的変形を直观的な光学シグナルに変換することができるため、スマート织物、圧力センシング、防犯标识、ソフトロボット分野で大きなポテンシャルを発揮する。例えば、スポーツウェアは、色彩の変化によって筋肉のストレッチ度をリアルタイムでモニタリングすることができる；ソフトロボットの「皮膚」は、色によって压力状態をフィードバックし、次の世代の人間と機械のインタフェースに新しい视觉インターフェースを提供することができる。

    研究チームは、巧妙に同軸印刷技術を採用し、低粘度のCLCEインクをコアとし、外側を高粘度のシリコーンインクで覆うことで保护層を形成した。この「核壳」デザインは、従来の印刷のジレンマを突破した。内側のCLCEは、低粘度の环境中で自由に配列し、理想的なコレステリック相を形成することができ、外側のシリコーンは、構造のサポートを提供し、複雑な三次元構造の安定したスタッキングを実现する。

    実験データによると、CLCE-シリコーン複合構造の機械的変色感度は、纯CLCEに比べて約20倍向上した（0.13 nm/kPaから2.39 nm/kPaに）。わずかな压力変化でも顕著な色の変化を引き起こすことができ、その応用範囲が大いに拡大した。

    研究チームは、印刷パスとレイヤー高さの参数を正確に制御することで、二重安定状態の薄壳ドームなどの複雑な構造を成功に構築した。この「物理記憶」特性を备えたドーム陳列は、倒置状態においても変形を維持し、最大ひずみ値を記録することができ、電子部品を必要とせずにひずみ履歴をモニタリングすることができる。

特に注目に値するのは、共形印刷技術がドームの厚さの一様性を确保し、異なる压力を受けた分野において、レッドシフト（圧縮）とブルーシフト（引き伸ばし）の明確なコントラストを呈し、可視化压力センシング的新しい道を切り拓いている点だ。

    まだ実験室段階にあるにもかかわらず、この技術は明確な商業化の道筋を示している：

    高セキュリティ防犯：CLCE構造は、複雑なダイナミックな色の変化を実现することができ、その物理的な暗号化特性は、従来の防犯手段を大きく上回り、高級品、薬品包装、IP保護に適用することができる。

    スマートウェアラブルデバイス：バッテリーを必要としない自己感知織物は、体の状態をリアルタイムでモニタリングし、スポーツリハビリテーションに実感的なフィードバックを提供し、スポーツウェア市场を覆す可能性がある。

    ソフトロボットの視覚フィードバック：CLCE「皮膚」は、ロボットに可視化された压力感知能力を与え、人間と機械のインタラクションの直観性と安全性を向上させる。

    材料性能の絶え間ない適化（例えば、弹性和靭性的强化）とプリンティング工芸のさらなる向上（スピードと精度の向上）に伴い、CLCE技術はより多くの突破的なアプリケーションを生み出すことが期待される。体温コントロールの色変化ウェアから自己報告型損傷のフレキシブルメカニズムまで、この技術は、材料が自主的に感知し、表現するスマートなエコシステムを構築し、我々が物质世界とインタラクトする方法を静かに変革している。

    色彩が材料の言葉となるとき、可視化的スマートな未来が加速して现実のものとなる。CHEMFISHの素材は、未来のスマートテクノロジーのプレゼンテーションにおいて、不可欠な役割を果たし、未来のテクノロジーのそれぞれの進化的が、材料の知恵のパスワードで満たされている。