ソフトマテリアルの自律性を支配するイオン液体の役割

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H05758
• 研究機関: 横浜国立大学
• 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)
• 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)
• 研究期間 (年度): 2015-05-29 – 2020-03-31
• キーワード: ゲル / イオン液体 / 自律性 / 自己集合 / ブロック共重合体 / ソフトアクチュエータ / 自己修復材料 / 炭酸ガス分離膜

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い。このことが物質内の大きな内部自由度を生み、外部刺激の微細な変化に応答して的確に機能するスマートマテリアルとしての期待も大きい。本研究では、これらソフトマテリアルの自律性は液体の構造形成性にその根源があるとの視点から、液体としてイオン液体を選択し、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た。そのために、以下の項目を検討、精査し、知見を集積した。
(1)高分子のイオン液体中への溶解現象の理解
(2)温度によるソフトマテリアルの自律性発現
(3)光によるソフトマテリアルの自律性発現
(4)化学反応によるソフトマテリアルの自律性発現
当該年度は、特にこれまでの研究成果を元に、新しいソフトマテリアルの提示に注力した。具体的には、イオン液体中でジャミングミセル間の多点水素結合によって生成するゲルが、優れた自己修復性を有し、その特性がイオン液体と高分子そして高分子間の水素結合の競合で説明できることを明らかにした。ソフトアクチュエータに関しては、tetra-PEGの重付加反応により均一網目を合成する手法を開拓し、これとイオン液体を複合化することにより力学特性に優れるアクチュエータを開発した。また高分子イオン液体構造の架橋体を合成することにより、効率的な変形が起こりかつ液体を全く含まないアクチュエータを実現した。また、ポリイミドイオノマーはイオン部分と非イオン部分の相分離が起こり、これにイオン液体を加えると選択的にイオン部分への導入が起こることを見出した。この複合膜は弾性率が高く優れた薄膜成型性を有するため、CO2分離膜へ展開した。イオン液体導入とともに、イオンチャンネルが連続し、優れた透過性と分離性を実現した。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Monash大学/Deakin大学/Woolongong大学(オーストラリア)
  • 国名: オーストラリア
  • 外国機関名: Monash大学/Deakin大学/Woolongong大学
• [国際共同研究] Western Australia大学/Sydney大学(オーストラリア)
  • 国名: オーストラリア
  • 外国機関名: Western Australia大学/Sydney大学
• [国際共同研究] MIT/Minnesota大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: MIT/Minnesota大学
• [国際共同研究] Dhaka大学(バングラデシュ)
  • 国名: バングラデシュ
  • 外国機関名: Dhaka大学
• [国際共同研究] 四川大学/湖南大学/ハルピン工科大学(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: 四川大学/湖南大学/ハルピン工科大学
• [雑誌論文] Liquid‐State Optoelectronics Using Liquid Metal (2020)
  • 著者名/発表者名: Kozaki Takashi、Saito Satoshi、Otsuki Yota、Matsuda Ryosuke、Isoda Yutaka、Endo Takuma、Nakamura Fumika、Araki Takuto、Furukawa Taichi、Maruo Shoji、Watanabe Masayoshi、Ueno Kazuhide、Ota Hiroki
  • 雑誌名: Advanced Electronic Materials 巻: 6 ページ: 1901135～1901135
  • DOI: 10.1002/aelm.201901135
  • 査読あり
• [雑誌論文] High performance electric double layer transistors using solvate ionic liquids (2020)
  • 著者名/発表者名: Saito Satoshi、Tamate Ryota、Miwa Kazumoto、Shimizu Sunao、Horii Tatsuhiro、Ueno Kazunori、Ono Shimpei、Watanabe Masayoshi
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 59 ページ: 030901～030901
  • DOI: 10.35848/1347-4065/ab71d3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cluster-Micelle Transition of a Thermo- and Photoresponsive ABC Triblock Copolymer in an Ionic Liquid (2019)
  • 著者名/発表者名: Saruwatari Aya、Hashimoto Kei、Tamate Ryota、Usui Ryoji、Kokubo Hisashi、Watanabe Masayoshi
  • 雑誌名: Australian Journal of Chemistry 巻: 72 ページ: 155～155
  • DOI: doi.org/10.1071/CH18349
  • 査読あり
• [雑誌論文] Key factor governing the physicochemical properties and extent of proton transfer in protic ionic liquids: ΔpKa or chemical structure? (2019)
  • 著者名/発表者名: Miran Muhammed Shah、Hoque Mahfuzul、Yasuda Tomohiro、Tsuzuki Seiji、Ueno Kazuhide、Watanabe Masayoshi
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 21 ページ: 418～426
  • DOI: DOI: 10.1039/C8CP06973E
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Viscoelastic change of block copolymer ion gels in a photo-switchable azobenzene ionic liquid triggered by light (2019)
  • 著者名/発表者名: Wang Caihong、Hashimoto Kei、Tamate Ryota、Kokubo Hisashi、Morishima Ken、Li Xiang、Shibayama Mitsuhiro、Lu Fengniu、Nakanishi Takashi、Watanabe Masayoshi
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 55 ページ: 1710～1713
  • DOI: DOI: 10.1039/C8CC08203K
  • 査読あり
• [雑誌論文] Polymer electrolytes based on a homogeneous poly(ethylene glycol) network and their application to polymer actuators (2019)
  • 著者名/発表者名: Shioiri Ryosuke、Kokubo Hisashi、Horii Tatsuhiro、Kobayashi Yumi、Hashimoto Kei、Ueno Kazuhide、Watanabe Masayoshi
  • 雑誌名: Electrochimica Acta 巻: 298 ページ: 866～873
  • DOI: doi.org/10.1016/j.electacta.2018.12.142
  • 査読あり
• [雑誌論文] Application of Protic Ionic Liquids to CO2 Separation in a Sulfonated Polyimide-Derived Ion Gel Membrane (2019)
  • 著者名/発表者名: Hayashi Eri、Thomas Morgan L.、Hashimoto Kei、Tsuzuki Seiji、Ito Akika、Watanabe Masayoshi
  • 雑誌名: ACS Applied Polymer Materials 巻: 1 ページ: 1579～1589
  • DOI: DOI: 10.1021/acsapm.9b00383
  • 査読あり
• [雑誌論文] Solvation Structure of Poly(benzyl methacrylate) in a Solvate Ionic Liquid: Preferential Solvation of Li?Glyme Complex Cation (2019)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto Kei、Kobayashi Yumi、Kokubo Hisashi、Ueki Takeshi、Ohara Koji、Fujii Kenta、Watanabe Masayoshi
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry B 巻: 123 ページ: 4098～4107
  • DOI: DOI: 10.1021/acs.jpcb.9b02458
  • 査読あり
• [雑誌論文] Role of Cation Structure in CO2 Separation by Ionic Liquid/Sulfonated Polyimide Composite Membrane (2019)
  • 著者名/発表者名: Hayashi Eri、Hashimoto Kei、L. Thomas Morgan、Tsuzuki Seiji、Watanabe Masayoshi
  • 雑誌名: Membranes 巻: 9 ページ: 81～81
  • DOI: DOI: 10.3390/membranes9070081
  • 査読あり
• [雑誌論文] Glyme?Li salt equimolar molten solvates with iodide/triiodide redox anions (2019)
  • 著者名/発表者名: Shigenobu Keisuke、Nakanishi Azusa、Ueno Kazuhide、Dokko Kaoru、Watanabe Masayoshi
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 9 ページ: 22668～22675
  • DOI: DOI: 10.1039/C9RA03580J
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of ionic liquid structure on viscoelastic behavior of hydrogen-bonded micellar ion gels (2019)
  • 著者名/発表者名: Tamate Ryota、Hashimoto Kei、Li Xiang、Shibayama Mitsuhiro、Watanabe Masayoshi
  • 雑誌名: Polymer 巻: 178 ページ: 121694～121694
  • DOI: doi.org/10.1016/j.polymer.2019.121694
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transport and Mechanical Properties of ABA-type Triblock Copolymer Ion Gels Correlated with Their Microstructures (2019)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto Kei、Hirasawa Manabu、Kokubo Hisashi、Tamate Ryota、Li Xiang、Shibayama Mitsuhiro、Watanabe Masayoshi
  • 雑誌名: Macromolecules 巻: 52 ページ: 8430～8439
  • DOI: DOI:10.1021/acs.macromol.9b01907
  • 査読あり
• [雑誌論文] Excellent dispersibility of single-walled carbon nanotubes in highly concentrated electrolytes and application to gel electrode for Li-S batteries (2019)
  • 著者名/発表者名: Tamate Ryota、Saruwatari Aya、Nakanishi Azusa、Matsumae Yoshiharu、Ueno Kazuhide、Dokko Kaoru、Watanabe Masayoshi
  • 雑誌名: Electrochemistry Communications 巻: 109 ページ: 106598～106598
  • DOI: DOI:10.1016/j.elecom.2019.106598
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamic Chelate Effect on the Li+-Ion Conduction in Solvate Ionic Liquids (2019)
  • 著者名/発表者名: Arai Nana、Watanabe Hikari、Yamaguchi Tsuyoshi、Seki Shiro、Ueno Kazuhide、Dokko Kaoru、Watanabe Masayoshi、Kameda Yasuo、Buchner Richard、Umebayashi Yasuhiro
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 123 ページ: 30228～30233
  • DOI: DOI:10.1021/acs.jpcc.9b10770
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rheological and Ionic Transport Properties of Nanocomposite Electrolytes Based on Protic Ionic Liquids and Silica Nanoparticles (2019)
  • 著者名/発表者名: Marium Mayeesha、Hoque Mahfuzul、Miran Muhammed Shah、Thomas Morgan L.、Kawamura Izuru、Ueno Kazuhide、Dokko Kaoru、Watanabe Masayoshi
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 36 ページ: 148～158
  • DOI: DOI:10.1021/acs.langmuir.9b02848
  • 査読あり
• [学会発表] 電気化学特性・力学特性・熱安定性を有する高分子均一網目からなる高塩濃度ゲル電解質 (2020)
  • 著者名/発表者名: 橋本慧
  • 学会等名: 第31回高分子ゲル研究討論会
• [学会発表] 液体金属とイオン液体を用いた電子/イオン伝導性ゲルの調整と特性 (2020)
  • 著者名/発表者名: 浅田珠里
  • 学会等名: 第31回高分子ゲル研究討論会
• [学会発表] スルホン化ポリイミドイオンゲル膜のCO2分離にポリイミドシークエンスが及ぼす影響 (2020)
  • 著者名/発表者名: 立花祥悟
  • 学会等名: 第31回高分子ゲル研究討論会
• [学会発表] イオンゲルの機能に与えるブロック共重合体のミクロ相分離構造の影響 (2020)
  • 著者名/発表者名: 水野遥月
  • 学会等名: 第31回高分子ゲル研究討論会
• [学会発表] 溶媒和イオン液体及び高濃度電解液におけるLiイオン輸送特性支配因子 (2020)
  • 著者名/発表者名: 重信圭佑
  • 学会等名: 電気化学会第87回大会
• [学会発表] Solvate Ionic Liquids and Their Polymer Electrolytes: Possible Beyond LIB Electrolytes (2019)
  • 著者名/発表者名: Masayoshi Watanabe
  • 学会等名: 2019 MRS Spring Meeting & Exhibit
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Ionic Liquids to Solvate Ionic Liquids and Beyond (2019)
  • 著者名/発表者名: Masayoshi Watanabe
  • 学会等名: 8th International Congress on Ionic Liquids (COIL-8)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Effects of Ionic Liquid Cation and Anion Structures on Electric Double Layer Transistor Characteristics (2019)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Saito
  • 学会等名: 8th International Congress on Ionic Liquids (COIL-8)
  • 国際学会
• [学会発表] Ionic liquid/Sulfonated polyimide composite membranes: Effect of polyimide sequence on CO2 transport properties (2019)
  • 著者名/発表者名: Shogo Tachiabana
  • 学会等名: 8th International Congress on Ionic Liquids (COIL-8)
  • 国際学会
• [学会発表] Effect of the flexibility of middle blocks on microstructures and ionic conductivity of ion gel prepared by ABA-type block copolymer (2019)
  • 著者名/発表者名: Haruna Mizuno
  • 学会等名: 8th International Congress on Ionic Liquids (COIL-8)
  • 国際学会
• [学会発表] イオン液体とABA型ブロック共重合体から成るイオンゲルのミクロ相分離構造と物性の相関 (2019)
  • 著者名/発表者名: 橋本慧
  • 学会等名: 第68回高分子学会年次大会
• [学会発表] Tetra-PEG固体電解質における高分子網目の均一性が電気化学に与える効果 (2019)
  • 著者名/発表者名: 土佐桃波
  • 学会等名: 第68回高分子学会年次大会
• [学会発表] 液体金属－イオンゲルコンポジットの創製とその特性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 浅田珠里
  • 学会等名: 第68回高分子学会年次大会
• [学会発表] CO2分離用イオン液体/スルホン化ポリイミド複合膜：ポリイミドシークエンスの影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 立花祥悟
  • 学会等名: 第68回高分子学会年次大会
• [学会発表] イオンゲルのイオン伝導率に与えるミクロ相分離構造の影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 水野遥月
  • 学会等名: 第68回高分子学会年次大会
• [学会発表] Photo-healable Soft Matter Containing Ionic Liquid as Solvent (2019)
  • 著者名/発表者名: Masayoshi Watanabe
  • 学会等名: 7th International Conference on Self-healing Materials
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Solvate Ionic Liquids as Sparingly Solvating Electrolyte for High Energy Density Lithium Sulfur Batteries (2019)
  • 著者名/発表者名: Masayoshi Watanabe
  • 学会等名: 2019 International Conference on Lithium-Sulfur Batteries
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Transport of Ions and Small Molecules in Self-assembled Materials Based on Polymers and Ionic Liquids for Application in Energy and Sustainability (2019)
  • 著者名/発表者名: Masayoshi Watanabe
  • 学会等名: ACS Fall 2019 National Meeting & Exposition
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 電気化学特性・力学特性・熱安定性を兼備する溶媒和イオン液体と高分子均一網目からなる高塩濃度ゲル電解質 (2019)
  • 著者名/発表者名: 橋本慧
  • 学会等名: 第68回高分子討論会
• [学会発表] 液体金属とイオン液体を用いた電子/イオン伝導性ゲルの調製と特性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 浅田珠里
  • 学会等名: 第68回高分子討論会
• [学会発表] イオン液体/スルホン化ポリイミド複合膜のCO2分離にポリイミドシークエンスが及ぼす影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 立花祥悟
  • 学会等名: 第68回高分子討論会
• [学会発表] イオンゲルの機能に与えるブロック共重合体のミクロ相分離構造の影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 水野遥月
  • 学会等名: 第68回高分子討論会
• [学会発表] イオン液体型高分子の非水系溶媒中におけるイオン輸送特性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 楊笑笑
  • 学会等名: 第68回高分子討論会
• [学会発表] From Ionic Liquids to Solvate Ionic Liquids And Beyond (2019)
  • 著者名/発表者名: Masayoshi Watanabe
  • 学会等名: 2019 - Sustainable Industrial Processing Summit & Exhibition (SIPS2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] イオン液体中の溶媒活量がリチウム電池系の電極反応電位に与える影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 多々良涼一
  • 学会等名: 第10回イオン液体討論会
• [学会発表] Rheological and transport properties of nanocomposite electrolyte composed of solvate ionic liquid and metal oxide nanoparticle (2019)
  • 著者名/発表者名: Mayeesha Marium
  • 学会等名: 第10回イオン液体討論会
• [学会発表] 溶媒和イオン液体におけるLiイオン輸率 (2019)
  • 著者名/発表者名: 重信圭佑
  • 学会等名: 第10回イオン液体討論会
• [備考] 研究室ホームぺージ
  • URL: https://mwatalab.xsrv.jp/
• [備考] 横浜国立大学研究者総覧
  • URL: https://er-web.ynu.ac.jp/html/WATANABE_Masayoshi/ja.html
• [産業財産権] リチウム硫黄電池、および、リチウム硫黄電池の製造方法 (2020)
  • 発明者名: 渡邉 正義、猿渡 彩、玉手 亮多、上野 和英、獨古 薫
  • 権利者名: 渡邉 正義、猿渡 彩、玉手 亮多、上野 和英、獨古 薫
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: JP2020/007760
  • 外国