| Project/Area Number |
19J11528
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 27010:Transport phenomena and unit operations-related
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| Research Institution | Hokkaido University (2020)
Kobe University (2019) |
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Principal Investigator |
安井 知己 北海道大学, 先端生命科学研究院, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2021-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2020: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | 高強度ゲル / イオン液体 / シリカ粒子 / オリゴマー電解質 / 超分子フィルム / エネルギー散逸 / ダブルネットワークゲル / ゲル / ダブルネットワーク / 無機／有機ハイブリッド / 吸着 / 小角X線散乱 |
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| Outline of Research at the Start |
無機／有機ダブルネットワーク（DN）イオンゲルは、室温溶融塩であるイオン液体を大量に含みながらも優れた機械的強度を有するゲルであり、CO2分離膜や二次電池の電解質への応用が期待される材料である。これらの応用においては、イオン液体含有量が高いほど優れた性能発現が見込まれるものの、高イオン液体含有量で十分な機械的強度を担保するためには更なる高強度化が必要である。そこで本研究では、無機／有機DNイオンゲルの強靭性発現機構の解明とゲルの構成成分が機械的強度に及ぼす影響について検討し、高強度化へと繋げる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、ナノコンポジット（NC）イオンゲルのネットワーク構造観察を行い、高強度発現機構について考察した。透過型電子顕微鏡（TEM）による構造観察の結果、NCイオンゲル中では、ダブルネットワーク（DN）イオンゲルとは全く異なり、粒子内部に低電子密度領域を有するシリカ二次粒子が高度に分散していることが分かった。NCイオンゲルの調製ではポリジメチルアクリルアミド（PDMAAm）ネットワークの存在下でシリカ粒子が形成されるため、粒子の成長過程でPDMAAm鎖を取り込んだシリカ二次粒子が形成されていると推測した。よって、粒子内部の低電子密度領域はPDMAAmの存在を示しており、PDMAAm鎖が貫通したシリカ二次粒子が形成されていると考えた。NCイオンゲルは高ひずみ側で急激に応力が増大する特徴的な応力-ひずみ曲線を示す。PDMAAm鎖を取り込んだシリカ二次粒子はPDMAAmネットワークの可動架橋点として機能すると考えられる。そのため、高ひずみ領域でPDMAAm鎖が高度に延伸され、その伸びきり効果によって応力が急激に増大したことで高い機械的強度を示したと考えられる。
さらに、課題の実施によって得た知見を基に、2つの高強度ハイドロゲルを開発した。1つ目はオリゴマー電解質から構成される超分子フィルムネットワークを有する高強度ゲルである。当該ゲルは超分子フィルムから構成される物理架橋ネットワークの破壊に伴うエネルギー散逸機構によって優れた機械的強度を示した。さらに、当該ゲルは物理架橋ネットワークを有するにも関わらず、動的な機械的特性だけでなく静的な機械的特性を併せ持つことを見出した。2つ目はワンステップかつ高速で調製可能なDNゲルである。DNゲルの2つのネットワークを温和な条件で同時かつ独立に形成できる設計にすることで、今まで成し遂げられていなかったDNゲルのワンステップ高速調製を達成した。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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