2018 Fiscal Year Research-status Report
量子ビームによる高分子ナノ構造制御とその応用に関する研究
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17K05134
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| Research Institution | National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology |
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Principal Investigator |
廣木 章博 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 主幹研究員(定常) (10370462)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長澤 尚胤 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 主幹研究員(定常) (00370437)
木村 敦 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 主幹研究員(定常) (60465979)
吉村 公男 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 主任研究員(定常) (40549672)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 放射線ラジカル重合 / 放射線グラフト重合 / γ線 / アイオノマー / 高分子電解質膜 / 燃料電池 / ゲル線量計 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高分子ナノ構造制御による高性能アルカリ型燃料電池に関する研究では、グラフト鎖に架橋構造を導入することで、アニオン伝導高分子電解質膜 (AEM) の化学的安定性（耐アルカリ性や耐ラジカル性）向上を試みた。エチレン－テトラフルオロエチレン共重合体膜にアルゴン雰囲気下でγ線を照射後、2-メチルN-ビニルイミダゾール、スチレン、ジビニルベンゼン(DVB)、1,4-ジオキサンから成るモノマー溶液に浸漬し、グラフト重合反応を行った。次いで、N-メチル化とイオン交換反応を行い、架橋型AEMを作製した。耐アルカリ性を80℃の1M 水酸化カリウム水溶液に浸漬した際のイオン交換容量の変化から、耐ラジカル性を80℃のフェントン溶液に浸漬した際の重量変化から評価した。架橋型AEMは、架橋構造をもたない従来膜に比べ、緩やかなイオン伝導度の減少を示した。また、0.2%のDVBを添加して作製した架橋型AEMの重量減少率は、未架橋型AEMの約１／４にまで低下した。このように、架橋構造導入により、AEMの化学的安定性向上に成功した。
ゲル中のポリマー生成に伴う白濁化挙動を利用した線量評価用材料の高感度化に関する研究では、使用するモノマーの選定を進めるとともに、重合を阻害する溶存酸素の除去に要する時間と温度に応じて生成するポリマーの粒子径（白濁度合い）が変化する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
分岐鎖構造を制御したアイオノマーの作製において、分離・精製、及びその評価が計画通りに進展しなかったが、耐久性に優れたアニオン伝導高分子電解質膜を作製できた。また、線量評価用材料の高感度化の見通しが得られたことから、本研究は、おおむね順調に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
作製したアイオノマーの分岐鎖構造を分子量やポリマー粒子径との相関から評価する。
また、分岐鎖構造を制御したアイオノマーと耐久性に優れる架橋AEMを用いて、燃料電池性能を評価する。アイオノマー溶液を塗布した電解質膜表面をTEM観察し、界面構造と電池性能の相関性について考察し、性能向上に資する。
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| Causes of Carryover |
カラム等の分析装置消耗品の購入が少なく、また、外部施設を利用した実験の回数が当初の計画より少なかったため、次年度使用額が生じた。
モノマーや溶媒等の試薬、ラジカル重合用ガラス器具、分析装置の消耗品等を購入する。また、外部施設（SPring-8等）での実験、国内外の学会（ICRR2019, 放射線化学討論会等）で発表するための旅費に使用する予定である。
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