Analysis of sol-gel reactions by synthetic, theoretical calculation, and data scientific methods

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K15637
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 35020:Polymer materials-related
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: Tsukada Satoru 千葉大学, 大学院工学研究院, 助教 (60632578)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: ゾル-ゲル反応 / シロキサン / シルセスキオキサン / アルコキシシラン / 架橋型アルコキシシラン / 自立膜 / 熱伝導率

Outline of Final Research Achievements

This work aimed to clarify the correlation between the micro physical properties of the monomer and macro physical properties of the material obtained from the sol-gel reaction of trialkoxysilane by the data scientific method. We successfully prepared free-standing films with good thermal insulation and heat resistance properties from sol obtained by the sol-gel reaction of bridged alkoxysilanes. We also succeeded in predicting the results of the sol-gel reaction of bridged alkoxysilanes, which were assumed to be unknown compounds, from the experimental data and the properties of the raw materials calculated from theoretical calculations by using machine learning techniques.

Free Research Field

高分子化学、有機-無機ハイブリッド材料、有機化学、錯体化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ゾル-ゲル反応を用いた材料開発では、成形加工性の高いゾルの形で取り出すことが望まれるが、原料アルコキシシランの有機基の種類や水の添加量など僅かな条件の違いでゲル化する。未知材料開発において、モノマーの構造からゾルとして得られる分子量およびゲル化点の予測は極めて重要である。しかし、現状の分子量予測は、モノマー中の有機基の種類や反応条件に基づいて、合成化学者の勘と経験により行われている。本研究の成果は、ゾル-ゲル反応を行ったことがない研究者でも、簡便に分子量の傾向を予測できるようになる手法の一つを示すことに成功したことであり、今後の材料開発の新しい手法となることが期待される。