2016 Fiscal Year Annual Research Report
物理的摂動を用いる巨視スケールにおよぶ構造異方性の制御と特異物性発現
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25000005
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
相田 卓三 東京大学, 大学院工学系研究科, 教授 (00167769)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊藤 喜光 東京大学, 大学院工学系研究科, 講師 (00531071)
大黒 耕 東京大学, 大学院工学系研究科, 助教 (60614360)
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| Project Period (FY) |
2013 – 2017
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| Keywords | 超分子化学 / 複合材料・物性 / 物理的摂動 / 異方性 / 巨視的スケール |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本プロジェクトでは、生体内の組織化に学び、「物理的摂動の存在下での組織構造の形成」に焦点をあて、分子スケールからナノ・メゾスケールを超え、巨視スケールにいたる高度に制御された階層的異方構造からなるソフトマテリアルを設計するとともに、その異方性に由来する格別な物性・機能の開拓を目指す。具体的には、(1)『高速電場応答強誘電性カラムナー液晶』の開拓とメモリー素子としての初の実験的検証、(2)『イオン性無機ナノシート間の二次元静電反発』によるアクアマテリアルの異方的力学特性、(3)グラフェン高濃度分散系を用いる『構造異方的ソフトナノカーボン』の創製と物性開拓、の3つを遂行する。
1, 『高速電場応答強誘電性カラムナー液晶』の開拓 : これまで当研究室で開発してきた強誘電性カラムナー液晶に新たに開発した添加物や分子構造の工夫により、分極反転スピードを二桁(100倍)以上高速化することに成功した。分極反転スピードの向上が試料全体の電場応答性向上に繋がり、結果として自発分極も当初に比べ数倍大きくなり(～15 μC cm-2)、メモリー素子として動作原理確認には十分な値に到達した。
2, 『イオン性無機ナノシート間の二次元静電反発』による異方的アクアマテリアル : これまでの研究から、系の脱塩によりナノシート間の静電反発力は劇的に増大する事をすでに見いだしている。そこで、脱塩処理によりナノシート間の静電反発力を高めた水分散液を用いた異方的アクアマテリアルを合成し、免震機能やアクチュエータ機能を検討した。
3, グラフェン高濃度分散系を用いる『構造異方的ソフトナノカーボン』 : これまで当研究室ではイミダゾリウム塩のオリゴマー構造を持つ新規イオン液体を用いた高濃度グラフェン分散系を開発してきた。今回この新規イオン液体の電気化学測定を行ったところ、破格に高いキャパシタンスを有していることが明らかとなった。
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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
本研究課題を進めている最中、グラフェン高度分散系の研究の一環として、グラフェンの分散のために設計されたイミダゾリウムのオリゴマーの電気化学測定を行ったところ、これまでのイオン液体と比較して破格のキャパシタンスを有していることが明らかとなった。ここで形成される電気二重層キャパシタは、これまでにも知られており、高速充放電などが特徴であった。一方、エネルギー容量の少なさが課題であり、これまで電極の工夫による解決が図られてきたものの、電解質溶液については改善の余地はないと考えられてきた。今回イオン性部位がオリゴマー構造をとっている新規イオン液体を用いたことによって、キャパシタンスが劇的に向上したことは、これまでの電気二重層キャパシタの設計戦略を根底から覆す発見であり、今後深めていくことで学術的にも産業的にも大きなインパクトが生まれると期待される。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は平成28年度に得られた成果を元に研究を遂行していくが、セレンディピティーを大切に新しい学理を追求していく。
1, 『高速電場応答強誘電性カラムナー液晶』の開拓 : これまでの研究で見いだした新しい強誘電体液晶を、メモリー素子として用い、FET素子と組み合わせたFeRAM型のメモリー素子の作成に挑戦していきたいと考えている。
2, 『イオン性無機ナノシート間の二次元静電反発』による異方的アクアマテリアル : 今年度検討した脱塩処理によりナノシート間の静電反発力を劇的に高めたアクアマテリアルを用いたアクチュエータを推し進めていく。さらに、温度以外の刺激によっても駆動する新たなアクチュエータの開発にも取り組む。
3, グラフェン高濃度分散系を用いる『構造異方的ソフトナノカーボン』 : 新たに見いだした、イミダゾリウム塩のオリゴマーによる電気二重層キャパシタに関して、さらなる検討を進めていく。具体的には種々のオリゴマー構造をもつ新規イオン液体を合成し、高いキャパシタンスを発現するメカニズムを検討したい。
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[Presentation] Zhifang Sun, Yoshihiro Yamauchi, Youn Soo Kim, Yasuo Ebina, Takayoshi Sasaki, Yasuhiro Ishida, and Takuzo Aida2017
Author(s)
Zhifang Sun, Yoshihiro Yamauchi, Youn Soo Kim, Yasuo Ebina, Takayoshi Sasaki, Yasuhiro Ishida, and Takuzo Aida
Organizer
11th International Gel Symposium
Place of Presentation
日本大学 津田沼キャンパス(千葉県・津田沼市)
Year and Date
2017-03-07
Int'l Joint Research
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[Presentation] Zhifang Sun, Yoshihiro Yamauchi, Youn Soo Kim, Yasuo Ebina, Takayoshi Sasaki, Yasuhiro Ishida, and Takuzo Aida2016
Author(s)
Zhifang Sun, Yoshihiro Yamauchi, Youn Soo Kim, Yasuo Ebina, Takayoshi Sasaki, Yasuhiro Ishida, and Takuzo Aida
Organizer
第65回高分子討論会
Place of Presentation
神奈川大学 横浜キャンパス(神奈川県・横浜市)
Year and Date
2016-09-14
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