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2017 年度 実績報告書

キラル柔粘性結晶による物質輸送制御

研究課題

研究課題/領域番号 15J03176
研究機関九州大学

研究代表者

松木 昌也  九州大学, 工学府, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2015-04-24 – 2018-03-31
キーワード柔粘性結晶 / キラリティ / イオン伝導 / 相転移
研究実績の概要

イオン性柔粘性結晶の分子設計はイオンの回転運動性を高めるために、これまで球状イオンに限られており、キラルイオンによる研究はほとんど行われていないが、対称性の低いイオンの凝縮系における運動はエントロピーや欠陥の増加が見込めることから、柔粘性結晶のイオン伝導度が高いことが期待される。またキラリティにより極性構造を形成することができれば、イオン性柔粘性結晶による強誘電性や指向的なイオン伝導など、新たな機能の発現も期待できる。
(1)不斉中心を有するラセミの四級アンモニウム塩において、低温でも高いエントロピーを保持した柔粘性結晶を見出した。ラセミイオン対と類似のキラリティのないイオン対の比較によりラセミイオン対が残留エントロピーを有していることを見出した。またアニオンのイオン伝導度が高く、イオンの運動性が高いことが明らかとなった。
(2)球状のテトラエチルアンモニウムとキラルなカンファースルホン酸アニオンから成るイオン対において、非極性構造から高温で極性構造への相転移を示す特異な柔粘性結晶を見出した。通常、結晶の相転移は昇温によって対称性が上がるため、低温では強誘電体であっても高温では常誘電体に転移する。近年柔粘性結晶の強誘電体が報告され、その回転運動制御が注目されているが、極性構造を有する柔粘性結晶の設計は重要な研究課題であり、さらにそれを高温で誘起することは強誘電性材料の設計に大きな波及効果をもたらすものである。
このイオン対ではキラルアニオンによって設計された空間において球状イオンの制限回転が誘起され、昇温によって二回回転対称軸回転から三回回転対称軸回転へと回転対称の転移が観測された。空間対称性の低い回転モードに転移することによって、極性構造に転移するという特性は他に報告例がなく、キラルアニオンによって制限された空間におけるカチオンの分子回転が、特異な物性をもたらすことを発見した。

現在までの達成度 (段落)

29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

29年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (2件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件)

  • [雑誌論文] Enhancement of Ionic Conductivity in Organic Ionic Plastic Crystals by Introducing Racemic Ammonium Ions2018

    • 著者名/発表者名
      Matsuki Masaya、Yamada Teppei、Dekura Shun、Kitagawa Hiroshi、Kimizuka Nobuo
    • 雑誌名

      Chemistyr Letters

      巻: 47 ページ: 497~499

    • DOI

      10.1246/cl.171181

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nonpolar-to-Polar Phase Transition of a Chiral Ionic Plastic Crystal and Switch of the Rotation Symmetry2017

    • 著者名/発表者名
      Matsuki Masaya、Yamada Teppei、Yasuda Nobuhiro、Dekura Shun、Kitagawa Hiroshi、Kimizuka Nobuo
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 140 ページ: 291~297

    • DOI

      10.1021/jacs.7b10249

    • 査読あり

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公開日: 2018-12-17  

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