2011 Fiscal Year Annual Research Report
イオン液体を一成分とする刺激応答性ソフトマター科学の開拓と応用
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11J07791
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
上木 岳士 東京大学, 大学院・工学系研究科, 特別研究員(SPD)
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| Keywords | イオン液体 / ブロック共重合体 / 自己組織化 / 刺激応答性高分子 / ARTP / RAFT重合 / ゲル / LCST |
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| Research Abstract |
本年度はイオン液体(IL)を溶媒に用いた高分子溶液に関して、高分子の溶解性を決定する因子、および最新の周辺研究をまとめた総合論文を公表した。また、温度と光という二つの物理刺激に応じてIL中で体積を変化させるランダム共重合イオンゲル(IG)を創製した。これらアゾベンゼンを含有するIGは与えられた熱刺激の履歴に応じて熱力学的に準安定な特殊収縮状態をとるが準安定相からは光刺激によって容易に開放され、最安定な平衡膨潤状態に到達するということが明らかになった。相溶系IG中の特異な物質輸送ダイナミクスは中性子準弾性散乱測定や断熱型熱容量測定を駆使することでその特徴に迫った。さらに本年度はIG材料の新しい展開としてtetra-PEGネットワークと組み合わせることによる高性能化にも挑戦した。結論として本IGは電解質水溶液に匹敵する極めて高いイオン導電率と優れた機械的強度を両立することに成功、特許申請と論文化に至っている。これらtetra-PEG-IGの内部構造に関する知見は小角中性子散乱(SANS)測定によって明らかになった。さらにIL中における高分子のLCST型相転移を組み込んだ自己集合体を利用することでILの温度可逆的ゾル-ゲル転移を実現した。また光刺激に応じてIL中で溶解性を可逆的に変化させるランダム共重合体を合成、その特性をまとめた論文が採録に至っている。今後、このランダム共重合体を一成分として持つブロック共重合体が照射光波長を変化させることでその凝集状態を変化させることに着目し、自己集合体の崩壊/復元が光可逆的なゾル-ゲル転移につながるような画期的IL/高分子コンポジットを実現する。さらに本年度はメタクリレート系高分子のみにとどまらずポリエーテル系感温性高分子のIL中におけるLCST型相転移、SANSによるPBnMAのIL中におけるLCST型相転移の分子論的描像、BnMAの混合エントロピー低下の起源を広角X線散乱測定およびMDシミュレーションの結果から明らかにするなど、ILを一成分とするソフトマターを扱い、材料化研究から基礎研究まで包括的に推進できた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初はIL中において異種モノマーのランダム共重合による相転移温度の制御を考えていたが、共重合モノマーの構造を適切に選択することで、転移温度のみならず光応答性も付与できることが明らかになった。またブロック共重合体を用いた物理刺激可逆性IGに関しても本年度は異なる温度で自己集合するABC型トリブロック共重合体を用いることでより低濃度でゲル化できること、さらには照射光波長を変化させることで高分子のミクロな集合状態がマクロな粘弾性変化につながるような新しい系を見いだすことができた(論文執筆中)。その他、散乱分光学的手法を駆使しIGやIL中の高分子の内部構造を明らかにする共同研究も当初の予定以上の展開を見せた。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続きIL中における高分子の刺激応答性に関する研究を全方位的に進めていく。これに加え、本年度からキックオフしたイオンゲルの高強度化に関する共同研究(東京大学工学部・物性研究所との共同研究)も進めていく。IGを始めとする高分子固体電解質において、イオン導電率を始めとするILの性質に由来する特徴とIGの力学的強度はトレードオフの関係にあった。このため、より低濃度の固形成分でILを固体化し、かつ高い自己支持性を両立させるための技術確立に対して潜在的要求は大きく、かつ今年度のこれら成果はこれに応えるものである。また最近ではある種のプロトン性IL(構造中に活性プロトンを持つIL)がBZ反応と呼ばれる化学振動反応のメディアとして用いることができるということが明らかになってきた。さらには外部刺激のon-offなしに一定条件下、自励振動する高分子を一セグメントとして持つ両親媒性高分子が散逸構造に支持された自己集合体を形成するという極めて新規で重要な発見に至っており、当初の目論見を超えて広がりを見せているこれら研究テーマも継続していく。
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