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(高分子/液晶)複合膜はスポンジ状の高分子マトリクス内に液晶が安定に三次元連続相として充填された凝集構造をとっており、液晶の多彩な機能を大面積・フレキシブル液晶フィルムとして発揮することのできる新規な複合材料である。本研究の目的は、気体の超精密選択分離のできる(高分子/液晶)複合二次元超薄膜の作製プロセスの開発、液晶複合膜の分子篩機構の解明、及び気体の分子篩機能をもつモジュールの開発とその工学的応用展開を計ることにある。
(高分子/液晶)複合膜の凝集構造は、分子篩機能に大きな影響を及ぼす。複合膜中の高分子と液晶の相分離機構の解明と相分離構造の制御について検討した。(高分子/液晶)複合膜は、両者の均一溶液から溶媒蒸発法により作製されるが、製膜過程における光散乱測定の結果、相分離は高分子と液晶がそれぞれ濃縮された溶液間でまず起こり、続いて液晶相が出現する二段階を経て進むことが明らかとなった。また、最初の相分離段階の初期過程はスピノ-ダル分解が支配的で、この過程の進行速度を制御することにより最終的な相分離構造を制御できることが分かった。このことにより液晶チャンネルサイズをサブμmから10μmの範囲で制御できた。
電場により液晶相中に形成される気体透過チャンネルの配向を制御する目的で、電場印加に伴う複合膜中の液晶分子の配向挙動について検討した。液晶分子の電場応答挙動は、高分子と液晶の界面における液晶分子の配向束縛効果の強さに強く依存し、その束縛効果には、電場印加履歴があることが分かった。その履歴の原因の一つとして、高分子と液晶の界面における相溶性が電場印加により変化することが確認された。また、誘電的解析により、複合膜中の液晶相に有効に電場を印加するメカニズムを解明した。
以上より、気体透過チャンネルの配向を電場によって制御でき、有効な分子篩機能を有する(高分子/液晶)複合膜を構築することができた。
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