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Manipulating Crystallization of Ferroelectric Polymers in Two-Dimensional Spatial Confinement and Its Mechanistic Understanding

研究課題

研究課題/領域番号 19K15625
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分35020:高分子材料関連
研究機関東北大学

研究代表者

朱 慧娥  東北大学, 工学研究科, 助教 (70754539)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2020年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2019年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
キーワードFerroelectric polymers / Langmuir-Blodgett films / Nanoparticles / Crystallization control / Crystal size / Energy storage / Ferroelectric polymer / Nanoconfinement / Interface / 2-Dimensional nanofilm / Crystallization / Energy storage density
研究開始時の研究の概要

Crystallization control of high-k poly(vinylidene fluoride) (PVDF) toward selective crystal form with small domain size is effective on suppression of dielectric loss but remains challenging. The present research will pursue a mechanistic understanding of the selective PVDF crystallization toward β crystals at the air-water interface and clarify how crystal defects such as comonomers in PVDF influence the crystallization and how the crystals respond to the external electric field in 2D-confinement structures.

研究成果の概要

本研究では、気水や液液界面において、強誘電性高分子のナノ構造化と結晶化を同時に制御することを成功した。界面の閉じ込め効果より、作製した強誘電性高分子の超薄膜やナノ粒子は約97%以上に強誘電相を含んで、バルク材料より小さい結晶ドメイン(3-6ナノメートル)であることを示す。したがって、外部電場下で強誘電体ドメインが容易に整列しており、外部電場を切るとすぐに元の状態に戻る。また、コンデンサデバイスを作製し、エネルギー貯蔵挙動も明らかに調べた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

環境に優しく高効率のエネルギー貯蔵が注目されている。圧力、熱、電気に応答する強誘電性高分子は、さまざまな場面でエネルギーを蓄えることができる。デバイスのパフォーマンスを向上させるため、結晶特性を適切に制御し、デバイスのパフォーマンスとの相関関係を深く理解する必要がある。本研究では、界面での強誘電性高分子の結晶化とナノ構造化の制御を同時にでき、デバイス特性との関係を調べた。

報告書

(3件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Organic ferroelectric field‐effect transistor memories with poly(vinylidene fluoride) gate insulators and conjugated semiconductor channels: a review2020

    • 著者名/発表者名
      Zhu Huie, Fu Chang, Mitsuishi Masaya
    • 雑誌名

      Polymer International

      巻: In press 号: 4 ページ: 404-413

    • DOI

      10.1002/pi.6029

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Interfacial Nanostructuring of Poly(vinylidene fluoride) Homopolymer with Predominant Ferroelectric Phases2020

    • 著者名/発表者名
      Fu Chang, Zhu Huie, Hoshino Norihisa, Akutagawa Tomoyuki, Mitsuishi Masaya
    • 雑誌名

      Langmuir

      巻: 36 号: 46 ページ: 14083-14091

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.0c02667

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Energy storage behaviors in ferroelectric capacitors fabricated with sub-50 nm poly(vinylidene fluoride) Langmuir-Blodgett nanofilms2019

    • 著者名/発表者名
      Zhu Huie, Miyashita Tokuji, Mitsuishi Masaya
    • 雑誌名

      Polymer Journal

      巻: 51 号: 8 ページ: 795-801

    • DOI

      10.1038/s41428-019-0194-3

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Ferroelectric Polymer Nanostructures: Fabrication, Crystallization and Applications2020

    • 著者名/発表者名
      Huie Zhu, Chang Fu, Tomoki Watanabe, Masaya Mitsuishi
    • 学会等名
      2020高分子学会東北支部研究発表会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Nylon11ナノシートの作製と構造解析2020

    • 著者名/発表者名
      渡邊 智希, 朱 慧娥, 宮下 徳治, 三ツ石 方也
    • 学会等名
      2020高分子学会東北支部研究発表会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 気水界面を用いた強誘電性ナイロン11ナノシートの作製と構造解析2020

    • 著者名/発表者名
      渡邊 智希, 朱 慧娥, 宮下 徳治, 三ツ石 方也
    • 学会等名
      第69回高分子学会年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Ferroelectric Poly(vinylidene fluoride) Nanoparticles: Preparation and Electronic Applications2019

    • 著者名/発表者名
      Chang Fu, Huie Zhu, Masaya Mitsuishi
    • 学会等名
      The 16th Pacific Polymer Conference
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Bottom-up Preparation of Relaxor Ferroelectric Polymer Nanofilms2019

    • 著者名/発表者名
      Chang Fu, Huie Zhu, Tokuji Miyashita, Masaya Mitsuishi
    • 学会等名
      32nd International Microprocesses and Nanotechnology Conference
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Preparation of Relaxor Ferroelectric Polymer Nanofilms Toward High Energy Density Applications2019

    • 著者名/発表者名
      Chang Fu , Huie Zhu, Tokuji Miyashita, Masaya Mitsuishi
    • 学会等名
      第68回高分子年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2022-01-27  

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