異方的な力学特性を示す超分子材料の開発に成功 ―分解性やリサイクル性に優れた新材料の創出へ、新しいアプローチ―

2026-09-15 京都大学

京都大学などの研究グループは、コレステロール由来の低分子化合物だけで構成される結晶性超分子材料を開発し、成形加工によって力学特性に異方性を持たせることに成功した。従来の超分子材料は非晶質のものが多く、高分子材料のように結晶構造や分子配向を利用して物性を制御することが難しかった。研究では、低分子化合物が形成する液晶状態を利用して成形加工を行い、センチメートルスケールで分子を配向させることで、材料の力学特性を方向によって変化させた。この成果は、低分子の自己組織化と加工による高次構造制御を組み合わせ、従来の高分子材料とは異なる材料設計を可能にする。また、低分子のみからなる超分子材料は分解性やリサイクル性に優れる可能性があり、持続可能な次世代材料の開発につながる新しい設計指針として期待される。

異方的な力学特性を示す超分子材料の開発に成功 ―分解性やリサイクル性に優れた新材料の創出へ、新しいアプローチ―
分子量の小さな低分子化合物のみから構成される、結晶性の「超分子材料」 (杉安研究室 Cheng Chia-Hsin作成)

<関連情報>

コレステロールをベースとした低分子量化合物の過冷却液晶相から調製された巨視的に異方性のある超分子材料 Macroscopically anisotropic supramolecular materials prepared from an undercooled liquid-crystalline phase of a cholesterol-based low-molecular-weight compound

Chia-Hsin Cheng,Yuichiro Watanabe,Takashi Kajitani,Sadaki Samitsu & Kazunori Sugiyasu
Nature Communications  Published:11 September 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-77392-5

Abstract

Supramolecular bulk materials composed of low-molecular-weight compounds offer a promising pathway toward sustainable materials. However, achieving a macroscopic structural order and tuneable mechanical properties without relying on covalently bonded macromolecular components remains a significant challenge. We develop a supramolecular material derived from a cholesterol-based low-molecular-weight compound, (3β)-cholest-5-en-3-yl dodecylcarbamate, that forms a metastable liquid-crystalline (LC) phase upon quenching from its isotropic melt. The LC phase displays sufficient fluidity at room temperature to permit bulk processing, for example, by compression; the material subsequently undergoes spontaneous crystallization to form a self-standing sheet. By controlling the quenching temperature and the incubation time prior to processing, we succeed in endowing the sheet with molecular ordering that extends beyond the centimetre scale and, as a result, the sheet exhibits anisotropic mechanical properties. These findings establish a design strategy for creating processable, structurally tuneable, bulk materials exclusively from small molecules.

0504高分子製品
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