2022 Fiscal Year Research-status Report
高分子電解質の結晶化によって誘起される高強度化メカニズムの解明
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21K14679
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| Research Institution | Gifu University |
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Principal Investigator |
橋本 慧 岐阜大学, 工学部, 助教 (20888276)
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2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 高強度高分子電解質 / 伸長誘起結晶化 / スライドリング効果 / 均一網目 / イオンゲル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、ウェアラブルデバイスへの適用を目指した強靭かつ延伸可能な高分子電解質材料の開発を目的としている。前年度は一部計画を変更し、高分子鎖上をスライド可能な動的な架橋点を有するスライドリング(SR)網目とLi塩からなる強靭な電解質を開発した。この材料に対し研究を進め、論文作成（投稿中）を行った。X線散乱・AFM等の構造解析手法と物性評価の組み合わせにより、以下が明らかとなった。(1)延伸した際に高分子鎖が配向し結晶化する伸長誘起結晶化が起こり、亀裂進展への耐性を生ずることが優れた破断エネルギー(>100 MJ/m3)に繋がっている。(2)架橋点として用いた鎖上を移動可能なシクロデキストリンが電解質中で相分離し、硬い連続相のドメインを形成しており、それが高いヤング率(>10 MPa)に寄与している。これらの機械特性はウェアラブルデバイスの外装として用いられる一般的なエラストマーよりも優れており、ここまで高い破断エネルギー、ヤング率を両立し、イオン伝導率も高い高分子固体電解質はこれまでに報告されておらず、本検討が初めての報告となる。
加えて、溶媒を変え、Li塩よりも溶媒和力が弱いイオン液体を用いてSRイオンゲルを作製した。SRイオンゲルにおいても伸長誘起結晶化が観測され、高い破断エネルギーを示した。現在、中性子散乱を中心としてその構造解析を進めている。
また、当初の目的であった、4分岐均一高分子網目の伸長誘起結晶を利用した強靭化にも進展があった。(1)分岐間の分子量(2)高分子の濃度の両者を一定以上にすることで、4分岐の高分子網目を使っても高分子鎖が十分に配向し、伸長誘起結晶を形成することが分かった。以前報告した伸長誘起結晶を形成しない4分岐網目の高分子電解質よりも遥かに高い破断延伸倍率と破断応力を示すことが明らかになりつつある。
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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
本研究の目的は、イオン伝導性に代表される電解質としての性能を損なわずに高強度な高分子電解質を開発することにある。Li塩とSR網目からなる高分子電解質の開発に引き続き、構造解析手法を用いて、その強靭化メカニズムを理解する段階にまで進むことができた。また、その知見と知識の蓄積を利用して、より一般的な高分子網目に近い、4分岐の均一網目に対しても伸長誘起結晶化メカニズムを用いた強靭化を実現することができた。この結果は、より多くの材料に対して同じメカニズムを利用した強靭化が可能であることを示唆しており、より詳細な条件および機構の解明が出来ればその波及効果は大きいと考えられる。以上から、当初の予定以上に進捗していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
現状でも予定した成果が出つつあり、最後の一年については現在開発された優れた物性を示す材料について、強靭化機構の理解とその一般化を目標にして研究を推進する。具体的には、イオンゲル材料におけるメカニズム解明、および均一網目における伸長誘起結晶化条件の明確化をターゲットとして、変形中における構造変化をX線中性子散乱、コンピューターシミュレーション、ラマン散乱等の解析手法で解析し、力学等のマクロな物性と紐づけることを目標として、研究を進める。
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