2023 Fiscal Year Annual Research Report
Analysis of non-equilibrium structures of poly(ionic liquid)s materials using small angle neutron scattering
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20KK0325
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
渡邉 貴一 岡山大学, 環境生命自然科学学域, 准教授 (60743979)
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| Project Period (FY) |
2021 – 2023
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| Keywords | 高分子イオン液体 / イオンゲル / ナノコンポジット / アニオン交換 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ナノ粒子と高分子イオン液体をネットワークとする高強度イオンゲルは、高性能な二酸化炭素分離膜や過酷条件で作動するアクチュエーターなどへの応用が期待される。本研究では、海外共同研究者の開発した流動場における中性子線散乱手法やレオロジー測定技術を駆使してイオンゲル内のミクロなネットワーク構造を明らかにし、高強度化に寄与する因子を解明することを目的としている。2023年度も2022年度に引き続き、海外共同研究先に滞在し、イオンゲルのレオロジー測定、高分子イオン液体溶液の静的・動的光散乱、小角X線・中性子線散乱実験を実施することによって、イオンゲルの架橋ネットワーク構造やイオンゲルのゲル化過程の物性変化を評価した。
小角中性子線散乱から、イオンゲル中のナノ粒子のフラクタル次元を解析したところ、反応律速型のクラスター形成であることが示唆された。すなわち、イオン液体中においてナノ粒子間には、適度な反発力が生じていることが示唆され、その反発力は、粒子表面へのイオン液体分子の吸着によって生じていることが考察された。
また、アニオン種を混ぜた高分子イオン液体イオンゲルの開発において、最終的なゲルの物性は、ゲルに含まれるアニオン種のモル比によって制御できることがわかった。具体的には、この特性を利用することで、機械的強度、ゲルのガラス転移点、イオン伝導度をアニオン種の割合を変化させることで調整できることが明らかとなった。この特性は、イオンゲルの骨格として高分子イオン液体を使用していることに由来する特異な物性である。この結果より、溶媒とイオン液体モノマー種の組み合わせを適切に設計することで、同じ高分子イオン液体骨格を用いても、イオンゲルの力学特性を大きく変えられることがわかった。
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