2013 Fiscal Year Research-status Report

イオン液体ポリマーブラシを用いたナノ空間制御による新規機能膜の開発

Research Project

Project/Area Number	25810091
Research Category	Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
Research Institution	Tsuruoka National College of Technology
Principal Investigator	上條利夫鶴岡工業高等専門学校, その他部局等, その他 (00588337)
Project Period (FY)	2013-04-01 – 2016-03-31
Keywords	ナノ流路 / 濃厚ポリマーブラシ / 陽極酸化アルミナ
Research Abstract	申請者の所属する研究グループでは，イオン液体ポリマーブラシを有する複合微粒子を利用した高イオン伝導性の固体電解質膜を作製した。この膜中では，リチウムイオンの拡散係数がバルクイオン液体中より大きくなる拡散促進現象が確認された。この原因が，ブラシ鎖末端間で形成されるナノ空間においてリチウムイオンの溶媒クラスター抑制効果に起因すると考えられてはいるものの，微粒子末端間で形成されるナノ空間を制御することができず，その現状を明らかにすることは不可能である。そこで，本研究では，一次元ポーラスアルミナ基板内部にポリマーブラシを修飾することによってナノ流路を有する複合膜を作製し，膜を介した物質透過による拡散挙動の評価を行うことによってこの現象を明らかとし，この膜の一次元ナノ流路を利用した新規機能（電解質・分離）膜の開発を目的とした。本年度は，ポリマーブラシを修飾する基板となる一次元ポーラスアルミナ膜のポーラスサイズ制御条件を検討した。電解液（リン酸，シュウ酸，マロン酸，リン酸），印加電圧によって陽極酸化条件を調製することによって細孔サイズが20 nm～400 nmの一次元ポーラスアルミナを作製する技術を確立した。また，作製したポーラスアルミナ基板に表面開始リビングラジカル重合技術を用いて，アルミナ基板表面に高密度，分子鎖長の揃ったポリマーブラシの付与の確認を行った。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本年度は，本研究においてベースとなる陽極酸化アルミナの調製条件ならびにリビングラジカル重合法によるアルミナ表面へのポリマーブラシ修飾について精査した。これの基盤技術は，ポリマーブラシ末端間で形成させるナノ空間のサイズ制御を行う上で極めて重要な技術なる。
Strategy for Future Research Activity	【濃厚ブラシ末端間の一次元ナノ流路作製技術の確立】平成２５年度の検討結果をもとにアルミナ細孔内部に分子鎖長の揃ったブラシを形成させる技術を確立させる。特にここでは，平成２５年度の作製した陽極酸化アルミナの中で，細孔径が一番揃っていたシュウ酸を用いて作製されたポーラスアルミナ膜をベースにブラシ末端間のナノ空間サイズの制御を検討する。特にここでは，リチウムイオンの拡散促進現象が観測されているブラシ末端間のナノ空間サイズ，およそ数nm～20nm，に焦点を絞り，5,10,20nmの濃厚ブラシ末端間の一次元ナノ流路を有する複合膜の作製を行う。【一次元ナノ流路内物質輸送の分子論的理解のための検討】作製した複合膜を自作した膜透過システムのセルに挟み込みFeed相からReceiver相へ通過するイオン液体DEME-TFSI中のリチウムイオンをICP発光分光装置により定量し，イオン液体濃厚ポリマーブラシ末端が創出するナノ流路におけるイオンの拡散促進現象について精査する。平成２６年度では，まずアルミナ膜を介して，イオン液体DEME-TFSI中のリチウムイオンの拡散係数を取得するところからはじめる。次に作製した複合膜を用いて，濃厚ブラシ末端間の一次元ナノ流路内の拡散係数取得を検討する。【陽極酸化アルミナ膜の細孔サイズ制御条件の確立】平成２５年度の規則的な細孔径ができる温度，濃度条件について検討した結果をもとに，本年度では陽極酸化時の生成電圧依存性によるセル径，ポロシティ，孔径の制御を確立する。生成電圧のパラメータは，既報に基づいて0～120Vの範囲で検討を行う。
Expenditure Plans for the Next FY Research Funding	当初消耗品として高額に計上していた試薬の使用が少なかったため，本年度は購入せず来年度に繰り越すことにした。昨年度購入しなかった分の試薬や作製した陽極酸化を評価する走査型電子顕微鏡や原子間力顕微鏡の消耗品の購入に充てる。