| 研究課題/領域番号 |
17K05988
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| 研究機関 | 横浜国立大学 |
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研究代表者 |
小久保 尚 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 特別研究教員 (80397091)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | π共役高分子 / ブロック共重合体 / グラフト共重合体 / 固体高分子電解質 / イオン液体 / イオンゲル |
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| 研究実績の概要 |
本研究は汎用高分子と電気化学・光機能を有するπ共役高分子から成るブロック又はグラフト共重合体を合成し、イオン液体（イオンのみから成る室温付近で液体の物質）と組み合わせることで新たな機能性物質の創製を目論んでいる。そして得られた高分子溶液や高分子ゲルの基礎物性を解明し、応用展開を目指している。一般的にπ共役高分子はイオン液体に不溶であるが、イオン液体が可溶な汎用高分子をπ共役高分子の側鎖に結合したグラフト共重合体はイオン液体に可溶となる。またこれらのブロック共重合体はイオン液体中でπ共役高分子が凝集し、汎用高分子はイオン液体と相溶している。そのため、π共役高分子の凝集体が物理架橋点としたゲル、すなわちイオンゲルが得られる。
本研究ではπ共役高分子としてポリチオフェン、汎用高分子としてポリ(エチレンオキシド)を選択し、グラフト共重合体とブロック共重合体を合成した。ブロック共重合体は合成の簡便さからマルチブロック共重合体を得た。グラフト共重合体を水、有機溶媒、イオン液体に溶解させたところ、各種溶液の吸収スペクトルに大きな変化は確認されなかったが、発光スペクトルには大きな違いが確認された。これは溶液中でポリチオフェン主鎖の溶解状態や溶媒のドナー性に依存すると結論付けた。
また、マルチブロック共重合体を用いたイオンゲルは、ヨウ素ドーピングを施すことで電子伝導性とイオン伝導性の両方を示した。このイオンゲルのAFM観察の結果、ポリチオフェンセグメントの凝集体はシリンダー状であることが示唆された。
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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
本研究ではπ共役高分子と汎用高分子から成る共重合体を、イオン液体やリチウム塩と融合させることで新たな「電子／イオン伝導性高分子電解質」の創製を目論んでいる。共重合体の形態として、ブロック共重合体とグラフト共重合体を計画している。
前者はイオン液体と複合化することで、自己支持性のあるイオンゲルが得られ、ヨウ素ドーピングを施すことで電子伝導性とイオン伝導性を兼ね備えたソフトマテリアルとなった。これは各種電気化学デバイスに適用されることが期待される。そのための基礎物性（イオン伝導性、モルフォロジー観察、熱物性）の収集を行った。
また、後者のグラフト共重合体は、通常イオン液体に不溶なπ共役高分子を可溶化させることに成功し、その溶解挙動を調査した。グラフトした高分子が、水、各種有機溶媒、イオン液体に可溶なポリ(エチレンオキシド)であるため、性質の異なる媒体におけるポリチオフェンの状態が異なり、特に蛍光スペクトルから青～赤までの幅広い波長域で発光し、溶媒依存性があることを明らかにした。
以上より、π共役高分子はポリチオフェン、汎用高分子はポリ(エチレンオキシド)とそれぞれ一種類であるが、これらのグラフト共重合体、ブロック共重合体が特異な挙動を示すことができ、進捗状況は概ね順調に進展していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
合成したポリチオフェン－ポリ(エチレンオキシド)マルチブロック共重合体とイオン液体を組み合わせたイオンゲルの基礎物性（モルフォロジー、力学強度、光物性、電気化学物性）を整理する。そして、このイオンゲルを電気化学デバイスへと適用する。具体的には、高分子アクチュエータ用電極、電池用バインダ高分子、エレクトロクロミック素子などを想定している。 また、イオン液体の代わりに固体のリチウム塩と組み合わせることで固体高分子電解質を作製する。ポリチオフェンのドーピングの有無による電気伝導度を精査し、電気化学素子への適用の可能性を見極める。
ポリチオフェン－ポリ(エチレンオキシド)グラフト共重合体から、側鎖にイオン液体に対して温度応答を示すポリエーテルをグラフトすることで、温度による溶解挙動の解明、光物性の制御について検討を重ねる。
ポリチオフェンに代わり、代表的な発光性高分子であるポリフルオレンを導入して、同様の検討を行う。特に温度応答性高分子との共重合体は、イオン液体中で発光挙動が温度によって制御されることが期待され、温度センサーへの期待ができる。また、ポリフルオレンはキャパシタなど電気化学デバイスに適用されているが、イオン液体と融合することで新たな用途が見込まれるものと考えている。
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