研究課題
基盤研究(B)
イオン伝導性高分子のイオン伝導性を向上させるため、メソ多孔体シリカ(MPS)の充填及び超臨界二酸化炭素(CO_2)処理を行った。また、MPSの添加や試料中へのCO_2の浸透・収着に伴うナノレベルでの局所構造の変化を解析し、電気的性質との関係、イオン伝導性の改善に関わる因子を明らかにすることを目的とした。まず、ポリエーテル/リチウム(Li)塩系イオン伝導性高分子について、様々な圧力のCO_2下におけるイオン伝導度を測定した。通常、イオン伝導度の圧力依存性は負であるのに対し、CO_2下におけるイオン伝導度の圧力依存性は正であり、特異的であることを見出した。高圧において試料中に浸透・収着したCO_2はイオンの解離及びガラス転移温度の低下を引き起こし、これがCO_2下における高いイオン伝導度及び特異的な圧力依存性の原因であることを解明した。次に、イオン伝導性高分子の構造と物性に及ぼすメソ多孔体シリカ(MPS)の充填の影響について検討した。イオン伝導性高分子材料にMPS及びMPSの細孔中にイオン液体を挿入させたもの(IL-MPS)を均一に分散させた複合材料を作製した。MPS及びIL-MPSの充填によりイオン伝導度は増加し、特に、IL-MPS充填系では高充填量までイオン伝導度が増加した。IL-MPSを充填した場合、試料中に分散したMPSの孔内からILが漏出することなくMPS孔内に局在化し、その局所的に存在するIL相が高速イオン伝導チャンネルとして効果的に働くことが分かった。さらに、これらの複合系の力学物性に及ぼすフィラー充填の影響を検討した。MPS及びIL-MPS充填系ともに、フィラー未充填の試料に比べ、充填量の増加にともない貯蔵弾性率(E')は増加した。すなわち、ポリエーテル/Li塩複合フィルムにMPS及びIL-MPSを充填することにより、イオン伝導度と弾性率の両方を増加できることが分かった。
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