| 研究課題/領域番号 |
17K06015
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
金森 主祥 京都大学, 理学研究科, 助教 (60452265)
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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 | エアロゲル / 多孔体 / ゾルーゲル法 / 機械的物性 |
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| 研究実績の概要 |
本研究課題は、ゾルーゲル法における前駆体分子の構造を変化させることで得られるゲルの諸物性を制御し、特に機械的強度や柔軟性に優れた透明・低密度多孔体（エアロゲル）を作製することを目的としている。
1年目には、ポリシロキサンネットワーク中における有機架橋部位の効果を調べるため、プロピルおよびブチル基を有する有機架橋アルコキシシラン化合物を合成し、それらを用いたゾルーゲル法によりエアロゲルの作製を目指した。また、あらかじめ重合したビニル基・アリル基をもつアルコキシシランポリマーを合成し、それを加水分解・重縮合させることで、機械的柔軟性の優れたエアロゲルが得られることを見出した。
2年目となる平成30年度は、前年度に得られたアルコキシシランポリマーからの加水分解・重縮合によるゲル合成プロセスを拡張し、様々なビニルシラン・アリルシランを用いた系について混合前駆体系も含め、得られるエアロゲルの多孔構造および諸物性を調べた。アルコキシシランとしては、1つのビニル基およびn個のアルコキシ基、3-n個のメチル基をもつもの(CH2=CH)(CH3)3-nSi(OR)n（すなわちn個のアルコキシ基を含むn官能性）とした。これらのアルコキシシランからゲル合成を試みたところ、3官能性、2官能性、1官能性、0官能性のものが利用できることが明らかとなった。シロキサン部位の架橋密度に応じて多孔構造および機械的物性が変化することが明らかとなった。また、このような系と導電性物質（グラフェンナノシート）との複合体の作製を行い、機械的な変形挙動と導電性との関係を調べた。機械的変形と導電性の変化の関係を利用することにより、ひずみセンサーとして機能することが明らかとなった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
ビニルシランおよびアリルシランを用いた、ラジカル重合と加水分解・重縮合反応からなるユニークなゲル合成法を確立し、0-3の様々な官能性をもつビニル・アリルシランが利用できることを実証した。これらの前駆体の組み合わせにより広範な範囲で細孔構造および機械的物性が制御できることを見出し、圧縮・曲げ変形に対して柔軟性の高いエアロゲルを数多く合成することができた。また、導電性物質を導入することで導電性を示す柔軟・低密度多孔体というユニークな材料を作製することができ、ひずみセンサーとしての応用も可能であることを実証した。
これらの成果は国内外の学会において発表し、有力国際誌上における論文発表およびプレスリリースも行った。このため、当初の計画以上に進展している、とした。
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| 今後の研究の推進方策 |
最終年度となる平成31年度は、これまでに検討したビニル・アリルアルコキシシラン系をさらに拡張し、ビニル基・アリル基をもたないテトラアルコキシシランやメチルトリアルコキシシランを用いた共重合系を構築し、さらに透明かつ低密度であるエアロゲルの合成を目指す。これは、ビニル・アリルアルコキシシランそのものは立体障害により架橋構造を高度に発達させることが難しいと予想されるため、「架橋剤」としてはたらくことが見込めるアルコキシシランとの共重合系とすることで、より機械的物性の優れたエアロゲルを得られる可能性があるためである。これらの系においては特に、pHなどの合成条件をさらに詳しく検討することにより、異なるアルコキシシラン前駆体の反応速度や生じる微細構造の均一性を向上させることができ、透明で大変形可能なエアロゲルが得られる可能性がある。さらに、骨格の微細構造をより連続性の高い繊維状骨格とすることで機械的物性の向上が見込めるほか、セルロースナノファイバーなどの繊維状物質を導入することによる機械的物性の向上も見込める。
これらのエアロゲルは高圧下での超臨界乾燥によらない、常圧乾燥プロセスを適用できる可能性がある。このことは、エアロゲルの低コスト製造につながり、工業的にも有意義な知見となる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
平成30年度は小スケールの合成実験をおもに行ったため、少量の試薬およびガラス器具等に対してのみ支出を行った。このため、繰越金が生じた。次年度は、合成スケールの拡張および試料の電子顕微鏡などによる構造解析・分析のため装置の導入も含めた検討を行う予定である。
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