ゴムの絶縁性を覆す伸縮性自己ドープ型導電性高分子

• 研究課題/領域番号: 22K18814
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分21:電気電子工学およびその関連分野
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 松久 直司 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (90879876)
• 研究分担者: 芦沢 実 東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (80391845)
• 研究期間 (年度): 2022-06-30 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円); 2023年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2022年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
• キーワード: ストレッチャブルエレクトロニクス / 導電性高分子 / ハイドロゲル

研究開始時の研究の概要

本研究では、高い伸縮性と安定性を示す自己ドープ型導電性高分子（＝１成分のゴムなのに高導電性を示す材料）を開発することを目的とし、ゴムといえば絶縁体とされてきた世の常識を覆す挑戦を行う。具体的に取り組む系としては、自己ドープ型導電性高分子を用いる。まず、既報の伸長性に乏しい自己ドープ型導電性高分子の成膜後のナノ構造や伸長性に与える影響を精密に調べる。この知見をベースに、次に自己ドープ型導電性高分子の分子構造を制御し、プロセスなどに依存せず高い導電性と伸長性を示す伸縮性自己ドープ型導電性高分子を実現する。さらに完成した材料を用いてヘルスケアや伸縮性太陽電池などの応用探索を進める。

研究成果の概要

200 S/cmを超える高い導電性と150%を超える高い伸長性を同時に実現する、ゴムの絶縁性の常識を覆す自己ドープ型導電性高分子材料の実現に成功した。本研究ではホール輸送性の自己ドープ型導電性高分子に加えて電子輸送性の自己ドープ型導電性高分子についても高い伸長性を実現することに成功した。さらに開発した自己ドープ型導電性高分子は、機械特性に優れた超分子ハイドロゲルの中に均一に分散することができ、85%が水でありながら5 S/cmもの高い導電性と1000%もの高い伸長性を実現することに成功した。様々な新しい材料やデバイスの開発を進めるきっかけとなる成果を得ることができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

単一高分子材料で高導電性と高伸長性を同時に達成する自己ドープ型導電性高分子材料の開発に成功し、ゴムは電気を流さないという常識を打ち砕くことに成功した。さらに開発した材料は、質量比で80%以上が水のハイドロゲル材料中に均一分散することが可能で、ハイドロゲル材料でありながら5 S/cmもの高い電気導電性と1000%を超える高い伸長性を同時に実現する導電性ハイドロゲル材料を実現し、電気伝導性を得にくいというハイドロゲルの常識を打破することにも成功した。