Liquid Electrets Based on pi-Stacked Nanocluster Fluids
| Project/Area Number |
20F40041
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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 | 外国 |
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| Review Section |
Basic Section 35030:Organic functional materials-related
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
中西 尚志 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, グループリーダー (40391221)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
GUPTA RAVINDRA 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 外国人特別研究員
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| Project Period (FY) |
2020-11-13 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2022: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2020: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
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| Keywords | アルキルπ分子液体 / 液体エレクトレット / 環境j発電 / ヘキサベンゾコロネン / 伸縮性素子 / 機能性液体 / アルキル－πエンジニアリング / πナノクラスター / アルキル-πエンジニアリング / エレクトレット素子 |
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| Outline of Research at the Start |
医療・ヘルスケア分野のニーズとして、身体や衣服に直接装着可能な軽量且つ柔軟性に富むウェアラブル素子がある。本研究課題では、振動・加圧により無電源発電素子または振動センサ素子をターゲットに、πナノクラスター液体のエレクトレット化に取り組む。従来技術として知られている無機固体誘電体を基材とするエレクトレット素子では、硬く、脆いため伸縮可能な素子への対応が難しい。我々が開発に取り組む液体エレクトレットでは、液体特性を活かした伸縮性素子への対応、発電容量の増大、電荷保持力・耐久力の向上など、当該目的に向けた液体分子の応用の可能性を検討する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、振動や機械的刺激により無電源発電または振動センサ機能を持つ、エレクトレット素子の活性材料の開発に際し、帯電量が高く、帯電保持時間にも優れる液体エレクトレット材料の創成を目指している。特に伸縮など自由変形可能な柔軟性に富む環境発電素子の開発へ適性の高いエレクトレット材料の創成を目指している。本研究では、複数のアルキル鎖を導入した歪んだ構造のヘキサベンゾコロネン誘導体を分子設計した。狙いとしては、複数の歪んだ構造ヘキサベンゾコロネン（c-HBC）環をπ-π相互作用によりナノクラスター化させ、常温液体状態を保持する。複数の電荷を同πナノクラスター内に閉じ込めることで、高性能エレクトレット液体を創成する。
昨年度までに、合成した分岐アルキル基を導入したc-HBC誘導体では、コアとなるc-HBCが孤立し、近接分子のc-HBC環と相互作用がない液体構造（特異的なキャリアの長寿命性を持つ）となることを明らかにしていた。一方、類似化合物で分岐側鎖の導入方法が僅かに異なる分子では、隣接するc-HBC環同士に相互作用が生じていることが示唆された。これらアルキル化c-HBCの液体エレクトレット性能を評価するためにコロナ帯電処理を実施し、帯電量測定を行った結果、コアが孤立したc-HBCが最も高い電荷量(/モル)を示した。このことは、導入した分岐アルキル側鎖で隔離されたc-HBCでは、帯電した電荷が保護安定化され、結果として優れたエレクトレット性能を示していると推察する。また、VIPが低い分子構造であることも、電荷量の向上に寄与している可能性が示唆された。同液体を機材に、伸縮性振動発電素子の性能評価を行った結果、優れた出力電圧を示した。
また、アルキル化液体フラーレンを機材とするエレクトレット振動発電素子の創成にも成功した。
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| Research Progress Status |
令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(17 results)
