2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Innovative Gate Insulators Solving Trade-Off Properties by Beads-On-String-Shape Design
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19H02764
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
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Principal Investigator |
中 建介 京都工芸繊維大学, 分子化学系, 教授 (70227718)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | かご型シルセスキオキサン / ポリアゾメチン / レオロジー / ゲル化 / ポリウレア |
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| Outline of Annual Research Achievements |
二官能性POSSモノマーと種々のジアルデヒドとの重合により系統的に架橋部位の長さや極性を変化させたPOSS主鎖型ポリマーの合成を行い、物性評価により、架橋部位の構造と特異な物理相互作用との関係を調査することで、数珠玉構造に由来する物理架橋の分子レベルの機構を明らかにすることを目的として研究を行った。その結果、2019年度は以下の成果を得た。
１）特異な物理架橋を示すことを見出しているテレフタルアルデヒドを用いたPOSS主鎖型ポリアゾメチンに加えて、テレフタルアルデヒドよりも鎖長の短いイソフタルアルデヒド(IPA)または鎖長の長い4,4'-オキシジベンズアルデヒド(ODBA)などPOSS間の鎖長を系統的に変化させたPOSS主鎖型ポリマーの合成を行い、これらの重合溶液の濃度を変えて粘度測定を行ったところ、全てのポリマーにおいて、濃度の増加に伴って粘度が指数関数的に増加した。粘度が無限大になるゲル化臨界点における臨界濃度がジアルデヒドの構造により変化し、ODBAを用いた場合が、最も低濃度でゲル化することが分かった。
２）水素結合によって強固なネットワークが構築されるポリウレア骨格に着目し、二官能性POSSモノマーと種々のジイソシアナートとの重合を検討した。全てのポリマーが水素結合性ネットワークを形成し、不溶化した。そこで、高熱伝導性樹脂への展開を考え、評価したところ熱伝導率0.5 W/m・K以上でありながら、可視光透過率が80%以上、耐熱性200℃以上であることを見出した。
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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
二官能性POSSモノマーと種々のジアルデヒドとの重合により系統的に架橋部位の長さや極性を変化させたPOSS主鎖型ポリマーの合成を行い、物性評価架橋部位の構造と特異な物理相互作用との関係を調査するという目的に対しては、ゲル化点がジアルデヒドの構造によって変化するという知見が得られ、また、ジアルデヒドの代わりに種々のジイソシアナートとの重合も検討したところ、水素結合性官能基の導入がゲル化をより促進させる効果があることを見出すなど概ね順調に進展している。さらに、得られたポリウレアが熱伝導率0.5 W/m・K以上でありながら、可視光透過率が80%以上、耐熱性200℃以上であるという透明でかつ高熱伝導性を発現するという当初の目的にはなかった成果が得られるなど、大きな進展が見られた。特異な物理相互作用の本質は未だ明らかにできていないが、派生的な結果も得られていることから、総合的に判断して概ね順調に進展しているとした。
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| Strategy for Future Research Activity |
１）水素結合や双極子-双極子相互作用などの相互作用の強さは系の温度や誘電率に反比例するため、溶液粘度測定を温度可変して行うとともに重合溶媒を誘電率の異なるクロロベンゼンなどに変えて新たに導入した粘度計を用いた評価を行う。それらの知見を元に本学の浦山博士の協力による詳細なレオロジー評価を行う。
２）得られたポリアゾメチンをキャストして得られるフィルムは特異な粘弾性特性を示すなど、POSS間距離をわずかに変化させるだけで、異なるレオロジー特性を発現することを予備的に見出している。そこで、さらなるバルク状態での力学特性を評価することで、特異な物理相互作用の本質を明らかにする。
３）これまでにPOSS主鎖型ポリアゾメチンをゲート絶縁膜として作製した有機TFTは良好なTFT特性を示した。しかし、実用化レベルの性能を示すためには抵抗値をさらに２桁ほど低くすることが求められる。また誘電率は3.0と既存の高分子材料と同程度であり、有機TFTをより低電圧で駆動させるために高誘電率化が必要である。架橋部位の芳香環同士のネットワークが抵抗値を下げている可能性から、架橋部位の鎖長を短くしてPOSSユニットの立体障害で芳香環同士の接触を抑制することや、飽和結合からなるジアルデヒドを用いた検討を行う。さらに極性置換基の導入したジアルデヒドを用いて合成したポリマーの誘電率と抵抗値を評価する。
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