| 研究課題/領域番号 |
21H01997
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分35020:高分子材料関連
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| 研究機関 | 北陸先端科学技術大学院大学 |
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研究代表者 |
長尾 祐樹 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (20431520)
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| 研究分担者 |
原 光生 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (10631971)
山本 勝宏 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30314082)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2023年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2022年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2021年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円)
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| キーワード | 触力覚センサ / 機械的負荷 / リオトロピック液晶性 / 生体模倣 / 圧力依存性 / 圧力誘起 / 圧力下測定 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
動物やヒトが外界を感知するための五感は、感覚機能として生活に欠かせない。生体系の触力覚では、ソフトマターの協同性により、機械的刺激を受けたタンパク質等の高次階層構造が変化することで、イオンチャネルが見事に制御されている。これに対して、人工的な触力覚センシングは、電子輸送に基づいたものが多く、イオン伝導性を用いた階層的構造の設計指針が確立していない。
本研究では、２名の研究分担者とともに、階層的構造を有するスルホン化ポリイミドにおけるイオン輸送の研究実績を活かして(Sci. Tech. Adv. Mater., 21, 79 (2020))、イオン伝導性が機械的負荷に応答した起源を解明する。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、組織構造を有する高分子電解質における機械的負荷によるイオン伝導性の変化の起源を検討するために、リオトロピック液晶性によりラメラ構造を示すスルホン化ポリイミド薄膜を対象に実施した。
最終年度であるR5年度の主な成果は、１．側鎖の末端をプロトンからリチウムイオンに置換した一部のスルホン化ポリイミド薄膜（以後プロトン体およびリチウム体）を合成して検討した結果、298K、相対湿度80%以上の高湿度領域でのみリチウムイオン伝導度が圧力に可逆的に依存した。圧力をかけた際に膜抵抗は9-230%増加した。２．プロトン体のスルホン化ポリイミド薄膜と比較して、イオン伝導度の圧力応答はそれぞれ傾向が異なることがわかり、圧力応答性はキャリアに依存する知見を新たに得た。３．主鎖にナフチル基を含むプロトン体の薄膜は、イオン伝導度に対して顕著な圧力応答を示さなかったが、リチウムイオン体では、圧力をかけた際と圧力を開放した両方で、膜抵抗が数回にわたって連続的に低下するという、昨年度までに得られた圧力応答の知見とは異なる結果も得られた。
プロトン体とリチウムイオンに置換したスルホン化ポリイミド薄膜の構造を調べるために、共同研究者２名とともに斜入射X線散乱と中性子反射率測定を実施した。その結果、リチウムイオンに置換したスルホン化ポリイミド薄膜においても、プロトン体薄膜と同様に含水とともにラメラ構造が得られることがわかった。一方でラメラ間隔は各相対湿度において、リチウム体の方が狭いことがわかった。ただし、含水量はプロトン体もリチウム体も各相対湿度で高分子ユニット当たりほぼ同数であることも明らかにした。全体を通して、イオン伝導度が圧力に影響しやすい骨格（キャリアを含む）とそうではない骨格があることがわかった。
関連する論文発表を2件、学会発表を17件（うち招待講演は3件、国際会議8件）実施した。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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