2018 Fiscal Year Research-status Report
Development of polymer Ionics based on extended lyotropic liquid crystalline property
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18K05257
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| Research Institution | Japan Advanced Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
長尾 祐樹 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (20431520)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 組織構造 / 高プロトン伝導 / 高分子 / 液晶性 / 薄膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高プロトン伝導性高分子の分野は、ミクロなナノ構造とマクロな物性であるプロトン伝導度の相関を直接議論できていない。この問題の起源は、高分子構造が長距離秩序を持たないために構造の議論が不十分であることが１つの要因である。研究代表者は、剛直な主鎖が排除体積効果で配向するライオトロピック液晶性に着眼し、アモルファスではなく組織構造（ラメラ構造）を有しかつ、10-1 S cm-1の高プロトン伝導性を示す高分子薄膜を世界で初めて発見している。この組織構造は水分子の含有で構造の規則性や周期性が向上する広義のライオトロピック液晶性を示すのが特徴である。現在の課題は、組織構造薄膜におけるプロトン伝導に強く寄与する構造的要因の洗い出しであり、広義のリオトロピック液晶性による組織構造化の起源の解明を目指すことである。
本年度は主鎖骨格の１．剛直性・平面性の検討、２．脂環式骨格の検討、３．疎水基導入の検討、４．側鎖のアルキル鎖長の検討をそれぞれ行った。12種のスルホン化ポリイミドを合成しライオトロピック液晶性の起源を探索した。結果をまとめると、側鎖のスルホン酸基が予想以上に強いライオトロピック液晶性を示すことがわかり、含水時の組織構造化および高プロトン伝導性発現に寄与していることを突き止めた。結果の一部を示すと、スルホン酸基の50%を疎水基に置換してもなおライオトロピック液晶性がドライビングフォースとなり含水時に組織構造が得られることがわかった。この結果は研究開始当初は予想しておらず、想像以上に側鎖のスルホン酸基が自発的な組織構造化の過程を支配していることが明らかとなった。
関連する論文発表は6件、学会発表は22件（うち招待・依頼講演は7件）実施した。
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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
研究は当初計画よりも早く進めることができており、研究目的であるライオトロピック液晶性の起源を化学的にほぼ解明することができた。また、予想以上の多くの知見が得られており、論文発表も滞りなく進んでいる。この結果を発表した後、国内外からの招待講演の依頼がさらに増えており、研究代表者オリジナルの独創的な研究を加速させることができていると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
計画は当初の計画以上に進展しており、次年度の計画も予定通りの計画をもとに進める予定である。本研究の課題は、組織構造薄膜におけるプロトン伝導に強く寄与する構造的要因の洗い出しであったが、それがほぼ解明できたことから、これをもとに、アモルファス構造では従来議論できなかったプロトン伝導と構造的要因の体系的整理を目指すことで、新たな分子設計指針の導出と高分子イオニクスの知見を深めていく。
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