主鎖骨格が芳香族からなる剛直高分子は簡便な縮合反応で得られ，他の高分子にはない高耐熱性（> 400°C），機械特性（高弾性と靭性）を発現します．剛直高分子は不溶・不融ですが，その前駆体は溶媒に可溶で溶液キャスト法により簡単に製膜でき，製膜後に焼成することでフィルム形状を保持しつつ剛直高分子に変換されます．
　 特に剛直高分子の代表格であるポリイミドは，電子回路の絶縁層，人工衛星の保護膜など様々な用途に必要不可欠な材料として普及しています．Du Pont社により1965年に上市されたPI（カプトン®）が，現在も分子設計・形態を変えずに販売・使用されていることからも，その分子設計がいかに優れているかが分かります．これは，代表的な高分子であるポリエチレンが新しい重合法と構造制御技術（分岐の制御，超高分子量化，伸びきり鎖の配向繊維化）の開発によって新たな機能性を獲得し，あたらしい用途展開が数多く生まれていることと対照的です．剛直高分子の自在配列制御によって，繰り返し単位の化学構造（一次構造）の設計だけでは実現できない機能性をもつフィルムの創出につながると考えています．
　

　液晶はサーモトロピック液晶（溶融状態で液晶相を発現する単一成分の系）とリオトロピック液晶（溶液状態で液晶相を発現する多成分系）に大別できます．ターゲットとする剛直高分子は一般に不溶・不融であり，その前駆体も加熱による閉環反応で剛直高分子に変換されるため，安定なサーモトロピック液晶を得ることは困難です．そのため，石毛研ではリオトロピック液晶に着目し，これを利用して分子鎖を配向・配列させ，フィルムの物性制御と機能化を進めています．高分子における結晶は非晶質が混在する半結晶性，すなわち非平衡状態であるのに対し，リオトロピック液晶は流動性が高いため，高分子であっても平衡状態に到達します．そのため，基礎的な熱力学に基づいて状態を予測し，配向・配列の制御することが可能です．また，半結晶性高分子はnm～µmの空間スケールにおいて複雑な階層的秩序構造（例：結晶－ラメラ－球晶）を形成し，これが構造・物性相関の理解を困難にする一因ですが，液晶はこの空間スケールにおいて均一な構造を形成するため分子構造と巨視的な物性を直に紐づけることができます（分子の形状から固体物性を予測する，など）．さらにリオトロピック液晶は製膜性に優れ，溶媒に不溶なサーモトロピック液晶性高分子では作製が難しい薄くしなやかなフィルムを容易に得られる利点もあります．
　石毛研では独自のモノマー合成・精製技術と重合技術を駆使して，結合の位置異性を制御した直線性の高い種々のポリイミド前駆体（ポリアミド酸エステル，PAE）群を開発してきました．この前駆体群は直線性の分子形状に起因して濃厚溶液で安定なリオトロピック液晶を発現します．ただし，このような剛直高分子の前駆体群は逐次重合によって合成されるため，分子量・分子量分散の制御は極めて困難です．多分散性は，様々な分子量の成分がそれぞれ異なる機能（靭性と弾性など）を担うことで金属・無機結晶にはない特有のしなやかさを生み出していると考えられますが，高次構造の制御という点では不向きとも言えます．我々は，液晶場を活用することで，精密重合技術とは異なるアプローチにより，多分散性の高分子であっても高次構造を精密に制御できると考えています．
　

　石毛研では，自らが合成した愛着のある化合物を試料にして，様々な測定技術と解析手法，その基盤となる基礎原理を習得できます．技術の進歩が目まぐるしい現代においては，習得した知識や技術がずっと役に立ち続ける保証はありませんが，独自性のある計測技術や解析法を実践することで，どのような状況でも役立つ，論理的に思考し学ぶ力を身につけられます．
　

X線散乱法	単分散の低分子やタンパク質などの高分子では単結晶を用いた結晶構造解析（直接法）が適用可能で，正確な原子座標を得ることができます．一方で，多分散性の合成高分子では単結晶が得られず，構造解析の自動化は進んでいません．石毛研では，高分子に特有のあいまいな秩序構造（液晶，液晶ガラス，乱れの大きい結晶など）中の分子形態を各種のX線散乱法（WAXS，SAXS，GI-WAXS，GI-SAXS法）で解明しています．解析を通じて，運動学的な（多重散乱を無視した）散乱理論の基礎（フーリエ解析）と乱れの大きい周期秩序の解析法について習熟できます．定期的に放射光施設（高エネ研つくばのPF）を利用した実験を実施しています．
赤外分光法	「赤外分光器＝官能基の定性分析」というイメージが強いかもしれませんが，偏光を利用することで分子配向の精密評価が可能になります．これは吸収分光法の原理に基づいて得られる，吸収の大きさが入射電場と遷移双極子モーメントの内積の二乗に比例するという関係（A ∝ cos2θ，Aは吸収の強さ，θは入射電場と遷移双極子モーメントがなす角）があるためです．吸収分光法では配向分布を得ることはできませんが，照射体積中の官能基の平均配向を知ることができます．これは，散乱法では秩序化された領域の情報が強調されて捉えられることと対照的です．散乱法と分光法を合わせて使うことで，構造の不均一性に関する情報を得ることもできます．石毛研では，薄膜に特化した赤外pMAIRS法，偏光全反射（ATR）法，得られたスペクトルの解釈に必須の密度汎関数法に基づく振動計算を日常的に実施しています．さらに，国際共同研究で偏光ATR配置によるイメージングスペクトル（ハイパースペクトル）計測の解析法の深化にも取り組んでいます．あらゆる分光法に共通する光学の原理，後述の多変量解析などの技術を習得することができます．
偏光光学	液晶に限らず鎖状高分子は一般的に異方性をもち，屈折率が方位によって異なる複屈折を示します．この複屈折を評価することは分子鎖の配向性を評価する上で極めて重要です．偏光顕微鏡観察は定性分析にとどまらず，分子配向に関する定量分析も可能です．固体の光物性の基礎事項（分極率，誘電率，屈折率の異方性）についても習熟でき，これらの知識は分光法の原理を理解するのに役立ちます．
熱重量分析	古典的な手法ですが，閉環縮合で生じる剛直高分子の特性解析には欠かせない手法です．これを赤外分光法などで得られた情報と組み合わせることで，固体中の反応を理解することができます．
多変量解析	多数の温度や場所ごとに測定したスペクトル，画素数が多い二次元像はデータ数が膨大で，成分変化やノイズによる変動も起こります．無数のデータから解釈可能な情報を抽出するために主成分分析（PCA）などの統計解析を駆使したデータ解析法（ケモメトリクス）の開発にも取り組んでいます．単なる解析の効率化のみならず，統計解析を通じて初めて得られる微量成分の情報も多くあります．自らの実験データを題材にすることで，より具体的なイメージをもちながら統計解析の基礎的な考え方やその実行に必要なプログラミング技術を習得できます（主にMatlab，Pythonを使用しています）．この統計解析は機械学習の基礎でもあり，例えば，PCAは深層学習のための次元削減に活用されています．
液晶高分子の設計・合成	これまでになかった分子を自らの手で作り出せる点が魅力です．スキームにすると平凡な反応に見えても，その中には様々な工夫があり，それが研究の独自性にもつながっています．
ソフトマター物理化学に根差した考え方	リオトロピック液晶が平衡状態に達しているとすれば，その挙動は自由エネルギー（熱力学）によって予測可能です．特に，液晶・高分子に代表されるソフトマターではエントロピー（特に並進と回転運動）が重要です．液晶相における分子のエントロピーを理解し，垂直配向などの分子の自在配列制御を実践しています．