| 研究課題/領域番号 |
15J03176
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
松木 昌也 九州大学, 工学府, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-24 – 2018-03-31
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| キーワード | イオン伝導 / 整流 / disordered crystals / ratchet |
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| 研究実績の概要 |
イオンの整流作用はエネルギー変換において興味深い現象であるが、人工系においては未だに設計指針が得られていない。そこで本研究ではイオンの整流作用を示すイオン伝導システムの構築を目標としている。戦略として、私はラチェット構造に着目した。ラチェットとは周期的な非対称構造によって動作方向を一方向に制限することを可能にするもので、私はラチェット構造を有するイオン伝導パスを構築すべく、イオン性のDisordered Crystalsにキラリティを導入し、そのイオン伝導特性を評価した。
用いた物質はテトラエチルアンモニウムとカンファースルホン酸のイオン対である。単結晶X線構造解析の結果、構造解析に成功し、その構造は疎水相と親水相が交互に積層した層状構造になっている。低温から昇温していくと徐々に構造変化し、構造変化し終えると、層状構造に対して平行方向にラチェット構造と見なせることがわかった。
次に温度可変固体NMRによってイオン種の回転運動について評価した結果、テトラエチルアンモニウムの回転モードは構造変化と同様の温度領域で、C2対称軸回転からC3対称軸回転に変化していることがわかった。
最後にイオン伝導度の測定のため単結晶を用い結晶軸方向を決定し、特に層状構造に対して平行方向に直流電圧をかけ電流の減衰を観測し正負両方向の減衰を比較した結果、低温側では正負両方向に対して対称的に減衰したのに対して、構造変化中の温度領域では正負両方向に対して非対称に減衰する挙動が観測された。これは一方向にはイオンが動きやすく、その反対方向に対してはイオンが動きにくいというイオンの整流作用を表しているということができる。今後このイオンの挙動についてより詳細に調査していく。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
目標であるイオンの整流性の観測に成功したという点では、非常に大きく進展しているがこの化合物について明らかになっていない部分も多く、整流作用に必要な条件などをより多くの化合物において評価を進めることで調べていく必要があるから。また水に溶けやすいという性質を有するため実際にイオンの透過を行うことが困難であることなど新たな課題も多く存在するため。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は整流作用を有するために必要な要素について考察を深めるために現在合成しているいくつかの類似の化合物について同様の整流性を測定する電気化学測定実験を行う。さらに応用しやすいような系への展開のため、潮解性や水溶性などの問題の解決を目指すとともに、単結晶ではなく大面積で結晶成長できるような系への展開も目指す。
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