| 研究課題/領域番号 |
15H05758
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| 研究機関 | 横浜国立大学 |
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研究代表者 |
渡邉 正義 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (60158657)
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| 研究分担者 |
獨古 薫 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (70438117)
吉田 亮 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (80256495)
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| 研究期間 (年度) |
2015-05-29 – 2020-03-31
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| キーワード | ゲル / イオン液体 / ソフトマテリアル |
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| 研究実績の概要 |
高分子ゲル・コロイドなどのソフトマテリアルは、その構成成分のほとんどが液体である場合が多く、このため物質の内部自由度は大きく、外部刺激に応答するスマートマテリアルとしての期待が大きい。しかし、これまでの研究は高分子に主眼をおいており、主構成成分の液体の構造や高分子に誘起される液体構造変化に着目した研究は少ない。これらの自律的な構造形成・揺らぎ・転移は液体の構造形成性に根源があるとの視点が本研究の原点である。本研究では、構造形成性液体としてイオン液体を選択し、これを用いたソフトマテリアルの自律性に及ぼす液体の構造形成性・階層性の影響を明らかにすることを目的としており、以下の項目を検討している。
(1) 高分子のイオン液体中への溶解現象の理解：高分子のイオン液体中への溶解性を理解するうえで欠かせない視点は、カチオンあるいはアニオンと高分子の相互作用に、イオン間相互作用が競合する点である。溶解性を支配するイオンと高分子との相互作用を分類し、溶解現象の理解を図っている。
(2) 温度によるソフトマテリアルの自律性発現：イオン液体中で上限臨界溶液温度型、下限臨界溶液温度型相分離を示す高分子の相挙動を、イオン液体の構造形成性、高分子に誘起される液体構造変化という観点から精査している。
(3) 光によるソフトマテリアルの自律性発現：温度により自律的発現する高分子系、特にブロック共重合体系にフォトクロミック化合物を導入することにより、光によるイオン液体／高分子系の集合状態の転移を目指している。
(4) 化学反応によるソフトマテリアルの自律性発現：イオン液体中での化学振動反応（Belousov-Zhabotinsky反応）を見出し、これをソフトマテリアルの自律性発現に結び付ける研究を展開している。
本研究の遂行により、イオン液体を溶媒に用いた新しいソフトマテリアルの萌芽が生まれると期待される。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
現在までの進捗状況を項目ごとにまとめる。
(1)高分子のイオン液体中への溶解現象の理解：カチオンまたはアニオンと高分子の相互作用にイオン間相互作用が競合する点が、分子性溶媒に見られないイオン液体の溶解現象の特徴であるが、さらに、溶解に伴うギブズエネルギー変化が一般に極めて小さいこと、そのため、高分子構造あるいはイオン液体構造の些少な変化によって著しく溶解性が変化することを見出した。
(2) 温度によるソフトマテリアルの自律性発現：LCSTの異なる2つのセグメントを末端に有するABC型トリブロック共重合体の階層的自己集合構造について詳細に検討した。イオン液体中の濃厚溶液では、温度上昇に伴い、まずAセグメントが凝集して、ジャミングミセル状態、さらに温度を上げるとCセグメントが凝集してゲル化するという階層的ゾル・ゲル転移を起こすことを見出した。
(3) 光によるソフトマテリアルの自律性発現：イオン液体中の高分子の相分離温度が微小な熱力学パラメータにより支配されていることを利用し、フォトクロミック化合物を共重合したセグメントを一成分とするABA型ブロック共重合体を用い、光誘起ミセル形成・崩壊、さらには光誘起ゾル・ゲル転移を実証した。さらにこの現象を利用して、光治癒材料が構築できることを提案した。さらにフォトクロミック基を高分子ではなくイオン液体に導入した系でも同様な現象を見出し、注目を集めている。
(4) 化学反応によるソフトマテリアルの自律性発現：Ru(bpy)3を側鎖に持つ自励振動高分子がプロトン性イオン液体をプロトンソースとする穏和なBelousov-Zhabotinsky反応条件下で自律的なコイル－グロビュール転移を周期的に繰り返すことを初めて見出した。
(5) 新しいソフトマテリアルの提示: イオン液体と高分子を用いた新しいソフトマテリアルを提示することができて来ている。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究後半も、イオン液体を用いたソフトマテリアルの自律性を、構成液体の構造形成性に相関づけようとする研究を進める。具体的には以下の項目を検討、精査し、知見を集積する。
(1) 高分子のイオン液体中への溶解現象の理解：溶解性を支配するイオンと高分子との相互作用を、クーロン力、水素結合、カチオン－π相互作用、van der Waals力などに分類し、イオン間相互作用との競合という視点で溶解現象の理解をさらに進める。
(2) 温度によるソフトマテリアルの自律性発現：イオン液体中のUCSTおよびLCSTのような相分離現象の熱力学的、さらに溶液構造的な理解を深める。この現象を利用した、イオン液体／高分子系の体積相転移、ゾル－ゲル転移、ミセル－ユニマー転移を実現・理解する。
(3) 光によるソフトマテリアルの自律性発現：温度により自律性発現する高分子系に光応答性基（アゾベンゼン、クマリン、アントラセンなど）を導入することにより、光によるイオン液体／高分子系の集合状態の転移を実現する。さらにこの現象を利用した光治癒材料、造形材料の実現を図る。
(4) 化学反応によるソフトマテリアルの自律性発現：研究分担者である吉田らにより見出された、イオン液体中でのBelousov-Zhabotinsky (BZ) 反応をソフトマテリアルの自律性発現に結び付ける研究を展開し、世界に類を見ないソフトマテリアルを実現する。
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| 備考 |
頻度高く更新しており、研究成果の公表（論文、学会発表）、顕彰などについて情報発信している。
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