| Project/Area Number |
22H00332
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 35:Polymers, organic materials, and related fields
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| Research Institution | Japan Advanced Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
金子 達雄 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 客員教授 (20292047)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高田 健司 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 講師 (10772171)
岡崎 進 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 特任教授 (70194339)
三俣 哲 新潟大学, 自然科学系, 准教授 (80322006)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Declined (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥42,250,000 (Direct Cost: ¥32,500,000、Indirect Cost: ¥9,750,000)
Fiscal Year 2024: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
Fiscal Year 2023: ¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
Fiscal Year 2022: ¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
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| Keywords | 高耐熱材料 / 多孔質化 / ポリベンズイミダゾール / 密度汎関数法 / 熱分解 / 分子動力学法 / 電気抵抗率 / 誘電率 / ベンズイミダゾール / 耐電圧 / 高耐熱高分子 / 共鳴安定化 / 全原子分子動力学計算 / 絶縁体 / 耐熱材料 / 酸化劣化 / 絶縁計 / 電極設計 / ガード電極 / フィルム |
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| Outline of Research at the Start |
ベンゾヘテロ環連続構造は、共鳴安定化により高分子鎖を超安定化する理想構造と長期間考えられてきた。中でもベンゾイミダゾール環連続構造は水素結合能も有するため、あらゆる高分子の中で最高耐熱温度を示す。一方、本プロジェクトでは当理想構造の問題点を明らかにし、真の超安定化構造を見出すため、
１）ベンズアミドなどの導入による連続構造の切断
２）イミダゾール環の有機・無機官能基修飾による芳香族性制御
を行うことで、イミダゾール環の安定性と水素結合能を共存させる「アンチ共鳴安定化」に基づく分子鎖間相互作用の増強を行う。これにより、極限環境耐性（耐熱性、耐電圧、耐放射線性）を持つ超安定高分子材料を設計する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）を主幹ポリマーとして、アンチ共鳴安定化を指向したポリベンゾチアゾール（ＰＢＴ）との共重合化や多孔質化、イミダゾール部位の重水素化による高耐熱化について検討を行った。例えばPBTのバイオベースプロセスの確立とそのPBIとの共重合体合成条件の最適化を行った。これによりPBI誘導体はイートン試薬を用いることで短時間かつ高収率に得られることを見出し史上最高耐熱の有機フィルム作製に至った。またイミダゾール部位の重溶媒による重水素置換を行うことで高耐熱化が出来ることも見出した。（北陸先端大）。
一方、これら超高耐熱フィルムの絶縁機能測定のために電気炉および超絶縁計からなる測定システムを構築した。535℃付近で電極の劣化に起因する測定精度の低下が見られた。金属より化学的に安定なセラミクス複合電極の作製を検討した。一方、150℃以下では測定系に並列接続された回路への漏れ電流が観測され、室温からの連続測定では更なる絶縁処理の必要性が示唆された。また、厚さ12.5～125 μmの耐熱性高分子フィルムの8MHz以下における静電容量を測定できることを確認した。薄い試料では不均一電界の影響が顕著になることが示唆され、この影響を除去して正確な誘電率を得るための計測方法および解析式を構築した（新潟大学）
さらに、ベンゾイミダゾール系樹脂と既知のアラミド樹脂 (ケブラーTM・ノーメックスTM)の熱分解過程を計算科学的に調べた。強束縛電子密度汎関数法を採用し、分子動力学シミュレーションにおける化学反応を露わに記述した。イミダゾールあるいはアミド基由来の窒素原子において、分子間での水素（プロトン）移動が確認された。生成物の解析から、（１）アミド基の脱水による水とニトリルの生成、（２）アミド基の分解による一酸化炭素の生成が観測された（東京大学）。
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| Research Progress Status |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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