2019 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 放射線高度利用施設部, 上席研究員(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, 主幹研究員(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、放射線グラフト重合技術により作製したアニオン伝導性高分子電解質膜（AEM）とアイオノマーを用いて、膜・電極接合体を作製し、水素-酸素を燃料として60℃での発電性能試験を実施した。ここで、AEMは、エチレン－テトラフルオロエチレン共重合体の基材膜に対して、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）を放射線グラフト重合することにより作製した。架橋剤であるDVBを含むAEM（架橋型）と含まないAEM（未架橋型）の発電性能を調べた結果、優れた耐アルカリ性・耐ラジカル性を示した架橋型AEMの方が、出力密度が低く（未架橋型AEMの約1/5の出力密度）、グラフト鎖への架橋構造導入により発電性能が低下することが分かった。走査型電子顕微鏡・エネルギー分散型X線分析装置（SEM-EDX）を用いたAEMの元素分析により、架橋型AEMの方が未架橋型AEMに比べ膜表面の官能基量が少ないことが分かった。架橋型AEMでは、イオン伝導性を担う親水性官能基密度が低く、表面が疎水性となったため、発電のポイントとなる良好な三相界面を形成できずに発電性能が著しく低下したと考えられる。
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に関する研究では、使用するモノマーの濃度や組成比を調節し、生成するポリマー粒子径（白濁度合い）を制御することができた。
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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
アイオノマーの分岐鎖構造評価について研究の遅れが生じたが、作製した化学的安定性に優れたアニオン伝導性高分子電解質膜を用いて発電性能試験を実施できた。また、線量評価材料の研究では生成するポリマー粒子径を制御できた。従って、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 |
モノマー溶液の条件（モノマーの種類、濃度、組成比など）、照射条件（線量率、線量など）、そして作製したポリマーの物性（分子量、粒子径、共重合性比など）を取りまとめ、高分子ナノ構造制御技術の確立に資する。
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| Causes of Carryover |
理由：カラム等の分析装置消耗品の購入が少なく、また、当初の計画より外部施設での実験の件数が少なかったため、次年度使用額が生じた。
使用計画：分析用カラムのほか、重合用の試薬、ガラス器具などの消耗品を購入する。また、外部施設（SPring-8等）で実験するための旅費や論文投稿費等に使用する予定である。
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