2023 Fiscal Year Annual Research 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 | 高分子電解質 / ウェアラブルデバイス / イオン液体 / 伸張誘起結晶化 / 強靭性 / 不燃性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
一昨年度までの研究で強靭な電解質材料を作製する指針を立てることに成功した。最終年度は、(1)高分子が形成する結晶の過渡的架橋点としての利用、(2)延伸に応答して配向した高分子が形成する伸張誘起結晶化の利用を軸に、より一般的な高分子網目を用いた材料を開発することで、応用可能性を広げることを目的に研究を行った。4分岐ポリエチレングリコールと塩からなる電解質を対象とした。高分子濃度・分岐間の分子量を制御することで伸張誘起結晶化を起こすことに成功した。伸張誘起結晶により亀裂の進展が妨げられ、破断までの応力が飛躍的に伸びることを明らかにした。伸張誘起結晶化は結晶の過渡的架橋点と両立することができ、前者は破壊エネルギーの顕著な増大、後者は硬さ・変形しにくさの指標であるヤング率の向上に繋がることが分かった。
本研究期間中、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網目とLi塩からなる強靭な電解質を開発した。(1)伸長誘起結晶化による優れた破断エネルギー(>100 MJ/m3) (2)結晶を過渡的架橋点として利用することでの高いヤング率(~ 80 MPa)を実現した電解質であり、これらの機械特性は一般的なエラストマーよりも優れている。高い破断エネルギー・ヤング率・イオン伝導率をすべて兼ね備えた高分子電解質として報告した(2023, Sci. Adv.)。
加えて、この強靭な電解質を作製した知見を利用し、伸張誘起結晶化をはじめとする材料の強靭化を、ゴムに類似の構造を持つより一般的な4分岐高分子網目によって実現した(2024, Macromolecules)。本研究によって、安全性・強靭性・硬さ・イオン伝導性に優れた材料の開発に繋がるのみならず、より一般的な高分子網目の強靭化及び物性の制御に利用できるデザイン方針を提案することができたと考えている。
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