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高分子材料の自由体積空間における共役高分子の気相重合と機能開拓

Research Project

Project/Area Number 22K19071
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 35:Polymers, organic materials, and related fields
Research InstitutionKeio University

Principal Investigator

緒明 佑哉  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (90548405)

Project Period (FY) 2022-06-30 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Keywords導電性高分子 / 共役高分子 / 樹脂 / ゴム / 自由体積 / 自由体積空間 / 気相重合
Outline of Research at the Start

本研究は、身の回りのプラスチックやゴムのような高分子材料中にある、分子鎖間のすき間(=自由体積空間)で、導電性プラスチックに代表されるような共役高分子を気相経由で重合する新手法を確立することを目指す。共役高分子を汎用的な高分子材料中に分子レベルで複合できれば、均一な複合による機械的強度、気体透過性、導電性等の制御や向上により、共役高分子強化型プラスチック、高性能ガスバリアフィルム、柔軟性と導電性を両立したゴムなどの革新的な高分子材料の実現が期待できる。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、樹脂やゴムなどの汎用的な高分子材料中の「自由体積空間」で共役高分子を気相経由で重合する新手法を確立することを目指している。本手法により、共役高分子を汎用的な高分子材料中に分子鎖レベルでその場・気相重合することが可能となり、均一な複合による機械的強度、気体透過性、導電性等の制御や向上により、新規な高分子材料の機能化を実現する。2023年度(2年目)は、2022年度で確立した実験手法をもとに、汎用樹脂とゴムの合計5種類の基材に、これまでと異なる複数種類の導電性高分子の複合を行った。複合した導電性高分子について、Raman分光や赤外線吸収スペクトルを使ってその構造解析を行った。いずれの導電性高分子も複合は可能であったが、用いるモノマーのサイズや揮発性(蒸気圧)によって複合量や反応速度が異なることがわかった。2023年度は、2022年度で合成した導電性高分子を複合したゴム材料の応用を試みた。ゴム材料の引張および圧縮に伴い、抵抗値が変化するため、応力あるいはひずみを抵抗値で検出することができる。そのためのサンプルおよびデバイス作製条件の最適化を行い、実際に応力応答を確認することができた。これまでのゲルに導電性微粒子を複合するような材料と異なり、ゴム自体に電気が通るようにした複合体を作製できた。さらに、本デバイスを、物質の硬さを抵抗値で見分けるセンサ材料として応用した。臨床では、力の大きさや物体の硬さの見える化が重要な場面があり、本研究ではそのためのセンサとしての応用が期待できる。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究の当初計画として、提案者らが予備的に発見した気相重合の制御と追究により、【課題1】自由体積空間での新しい共役高分子材料の気相重合法の確立、【課題2】反応・複合化メカニズムの理解と制御、【課題3】共役高分子複合型材料の機能開拓、を設定した。実際に、2023年度は予定していた【課題3】を進めることができ、予定通り順調に進んでいる。2024年度には、さらに別な応用事例として強化材料の作製を進める準備が整っている。

Strategy for Future Research Activity

2023年度で、【課題1・2】はほぼ完了している。そのため、2024年度は予定通り【課題3】として、得られた共役高分子を複合した汎用樹脂およびゴム材料の応用と機能開拓の中で、機械的強度やガス透過性に着目した機能開拓を試みる。サンプル作製条件についての知見は得られているので、複合量や素材の違いによる特性の変化について調査する。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2023 2022 Other

All Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results) (of which Overseas: 1 results)

  • [Presentation] Vapor-phase synthesis of conjugated polymers in a free-volume space of synthetic resins and rubbers for fabrication of mechanoresponsive rubbers2023

    • Author(s)
      Sayaka Hirai, Yuki Tokura, Hiroaki Imai, Yuya Oaki,
    • Organizer
      The 13th SPSJ International Polymer Conference
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Conductive Polymers Formed in a Free-Volume Space of Synthetic Resins and Rubbers and Their Applications as Composite Materials2023

    • Author(s)
      Sayaka Hirai, Yuki Tokura, Hiroaki Imai, Yuya Oaki
    • Organizer
      MRM2023/IUMRS-ICA2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 合成樹脂およびゴム内の自由体積空間への導電性高分子の複合化と応力センシングへの応用2023

    • Author(s)
      平井彩夏, 都倉勇貴, 今井宏明, 緒明佑哉
    • Organizer
      高分子学会第72回高分子学会年次大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 自由体積空間への導電性高分子の複合による合成樹脂およびゴムの特性向上2023

    • Author(s)
      平井彩夏, 都倉勇貴, 今井宏明, 緒明佑哉
    • Organizer
      日本化学会秋季事業第13回CSJ化学フェスタ
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 共役高分子の自由体積空間への複合による導電性ゴムの作製と応力センサへの応用2022

    • Author(s)
      平井彩夏 都倉勇貴 今井宏明 緒明佑哉
    • Organizer
      第12回CSJ化学フェスタ
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 合成樹脂・ゴム内の自由体積空間への気相重合による共役高分子の複合化2022

    • Author(s)
      平井彩夏 今井宏明 緒明佑哉
    • Organizer
      高分子学会関東支部第 6 回神奈川地区講演会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Remarks] 緒明研究室ホームページ

    • URL

      http://www.applc.keio.ac.jp/~oakiyuya/jp.html

    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] マトリックス内への導電性高分子の複合化2023

    • Inventor(s)
      緒明佑哉, 平井彩夏, 都倉勇貴, 佐久間智希
    • Industrial Property Rights Holder
      緒明佑哉, 平井彩夏, 都倉勇貴, 佐久間智希
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2023
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Overseas

URL: 

Published: 2022-07-05   Modified: 2024-12-25  

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