Construction and Dynamic Interface Control of Responsive Porous Ionic Diodes
| Project/Area Number |
22K14731
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 35020:Polymer materials-related
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| Research Institution | Rikkyo University |
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Principal Investigator |
石崎 裕也 立教大学, 理学部, 助教 (00939043)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | イオンダイオード / 高分子電解質 / イオン輸送 / ナノ多孔質薄膜 / 超薄膜 / 整流特性 / ハイブリッド / 有限要素法 / 多孔質薄膜 / 酸化還元 / 多孔質超薄膜 / 高分子超薄膜 / 応答性材料 / イオン整流特性 |
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| Outline of Research at the Start |
高分子電解質交互積層膜は、任意の積層数に応じて素子構造および機能団の配置を自在制御可能であると同時に、周囲の環境変化(温度・湿度・イオン強度・pH)に応答し、高分子鎖の局所運動や拡散、膨潤などを介して界面構造が動的に変化する。本研究課題では、このような非晶性高分子材料に特有の「動的な界面構造」に着目し、ナノ多孔質超薄膜材料との複合化およびその(1)界面構造、(2)界面物性および(3)素子特性との相関を明らかにすることで、従来の無機ナノチャネル薄膜材料では到達できなかった高選択性・高整流性・高透過性を有する超薄膜ベースの応答性イオンダイオードの構築およびその設計指針の提示を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、ナノ多孔質超薄膜と高分子電解質交互積層膜からなるハイブリッド積層体の界面構造および界面物性の評価を行った。その結果、走査型電子顕微鏡観察により、ナノ多孔質支持基板上に約80 nmのハイブリッド積層体が形成されていることが分かった。また、X線光電子分光測定の結果から、使用した二種類の高分子電解質が相互介入し、膜厚方向に均一に分布していることが明らかとなった。さらに、表面ゼータ電位測定の結果から、ハイブリッド積層体が高いpH応答性を示すことを明らかにした。以上の結果から、ハイブリッド積層体の表界面特性を明らかにした。つづいて、前年度に確立した自立膜作製手法を用いて薄膜イオンダイオードの作製およびイオン整流特性の評価を行った。電流-電圧測定の結果から、高イオン強度および中性pH下の条件ではイオン整流特性を示さなかったものの、低イオン強度およびpHが非対称の条件下では高いイオン整流特性を示し、これまでに報告された100 nm以下の薄膜イオンダイオードにおいて最高性能のイオン整流特性を示すことを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究実績の概要に記載の通り、本年度の研究実施計画に記載した内容を十分に達成することができた。また、本研究で目指している動的界面制御による応答性イオンダイオードの整流特性制御に向け、新たに有限要素法解析ソフトウェア(COMSOL Multiphysics)を導入し、実験および計算の観点から研究計画を遂行する準備が整っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度は、薄膜イオンダイオードの素子構造および素子特性間の相関を実験および有限要素法解析を用いて明らかにする。さらに、これまでに得られた成果を学会・論文発表にて公表する。
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Report
(2 results)
Research Products
(15 results)
