2016 Fiscal Year Annual Research Report
高導電性・高伸縮性導電性高分子の開発とソフトアクチュエータへの応用
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16H04203
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
奥崎 秀典 山梨大学, 総合研究部, 教授 (60273033)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 導電性高分子 / 高導電性 / 高伸縮性 / ソフトアクチュエータ / PEDOT/PSS |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/poly (4-styrenesulfonate)（PEDOT/PSS）は階層構造を有する導電性高分子であり、導電性と透明性、耐熱性と安定性を有することから、フレキシブル電極への応用が期待されている。しかし、ソフトアクチュエータ用電極として使用するには、さらなる高導電化が不可欠である。本研究には、EDOTとPSSの組成比を一定とし、重合温度を0～40℃と変化させ、PEDOT/PSS水分散液を新たに合成した。キャストフィルムの電気伝導度は、ロレスタGPを用いて四探針法により測定した。フィルムの電気伝導度は重合温度の低下とともに増加し、0℃で最高1145 S/cmに達した。同条件で測定した市販のPEDOT/PSS（PH1000、ヘレウス）の電気伝導度が約900 S/cmであることから、現時点で世界最高値である。乳化重合における重合度はラジカル生成速度に反比例することから、低温でラジカル生成を抑えることで高い重合度のPEDOTが得られたことを示唆している。重合温度が高い場合、短い分子量または共役長のPEDOTから成る導電粒子がまばらに分布するため導電粒子間距離が長く、キャリアがホッピングしにくいために電気伝導度が低いと考えられる。これに対し、重合温度が低い場合、長いPEDOTから成る導電粒子が多数密に分布しているため導電粒子間距離が短くなり、キャリアが容易にホッピングできるため、高い電気伝導度を示したと考えられる。すなわち、PEDOTの重合度や共役長を高め、導電粒子数を増やすことで1000 S/cmを越える高い電気伝導度を得ることに成功した。
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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
EDOTモノマー濃度0.6 wt%、重合温度0℃で酸化重合を行うことにより、1000 S/cmを超える高い電気伝導度を有するPEDOT/PSSを合成した。また、限外ろ過装置を用いた精製により、コロイドの凝集を抑制したまま高純度化することに成功した。さらに、導電AFM測定による電流像から導電粒子間距離と電気伝導度に強い相関があることを見出し、高導電化のメカニズムを提案した。
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| Strategy for Future Research Activity |
高導電性・高伸縮性導電性高分子の添加剤として、高い耐熱性と優れた安定性を有するポリグリセリン（PG）を用いる。予備実験では、PEDOT/PSSの添加剤として有効であることがわかっているが、重合度の異なるPGに関する系統的な研究はこれまでなされていない。そこでまず始めに、PEDOT/PSS/PGフィルムの最適化を行う。具体的には、重合度の異なるポリグリセリン（PGn, n=1～10）をスクリーニングし、製膜条件（PG添加量、温度、時間など）の最適化を行う。PEDOT/PSSとポリグリセリン（PG）の組成比を変えたフィルムを作製し、熱処理温度や時間、膜厚を変化させたときのフィルムの直流電導度を四探針法により測定する。フィルムの力学特性は既設の引張試験機および動的粘弾性測定装置を用いて評価する。応力歪曲線からヤング率、切断強度、切断伸度を算出する。さらに、動的粘弾性測定から貯蔵弾性率、損失弾性率および損失正接の温度依存性を調べ、高分子鎖の運動性や緩和過程などに関する情報を得る。PEDOTの結晶構造（結晶化度、結晶サイズ、結晶の配向性）は、XRD構造解析装置を用いて解析する。得られた実験結果をフィードバックすることで、さらなる高導電性・高伸縮性電極作製のための指針を得る。得られた結果を取りまとめ、国内および国際学会において積極的に成果を発表するとともに、学術論文を通じて情報を発信する。
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