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イオン導電性有機膜は電気化学システムのための機能材料として注目を集めている。特に、イオン交換性の膜はイオン交換膜として電解薄膜として用いられているが、さらに、センサーや電気化学表示素子の電解質、ゼロギャップ電解層の電解質、自動車用燃料電池の電解質用などとして薄膜化が望まれている。本研究では、プラズマ重合を用いてイオン交換性薄膜を作製する方法の開発を目指した。そのために、プラズマ中で反応中の活性種をその場分析してモニターし、反応活性種と生成する膜の構造との関係を明らかにする。これによってスルホン酸基をプラズマ重合物に導入するための条件-印加電力、圧力、温度、ガス流量、ガス導入法、基板位置などの条件-を導出した。また、炭化水素系のイオン交換性薄膜の作製法を開発・確立するだけでなく、この方法を拡張して、これまで作製されていない架橋構造を有するペルフルオロスルホン酸カチオン交換膜の開発を目指した。
本年度は前年度の成果を基に、ペルフルオロ系のカチオン交換性薄膜の作製条件の最適化を狙って四重極質量分析計を用いたプラズマ中の活性種の検出を行い、またそれによって重合反応機構を明らかにした。プラズマ重合体に官能基を導入してイオン交換性の薄膜を形成するためには、プラズマ中で官能機が分解しにくいモノマーを用いる必要があることがわかった。また、炭化水素系のモノマーとフルオロカーボン系のモノマーでは構造が類似していても、反応性が全く異なることがわかった。また、生成したポリマーの化学構造をC_<13>-NMRを用いて調べた結果、ポリマーは架橋した構造を有していることがわかった。
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