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2019 年度 実績報告書

有機架橋部を有するシリコーンエアロゲルの開発

研究課題

研究課題/領域番号 17K06015
研究機関京都大学

研究代表者

金森 主祥  京都大学, 理学研究科, 助教 (60452265)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワードエアロゲル / ゾル-ゲル法 / 機械的物性 / 熱物性 / 電気伝導性
研究実績の概要

最終年度となる令和元年度は主に、ビニルシランのラジカル重合体を用いた低密度ゲル形成の可能性を拡張するために、有機架橋部を形成しないメチルトリメトキシシラン(MTMS)などとの共重合系およびグラフェンなどのナノカーボン材料との複合化を検討した。
ビニル修飾シランとしてビニルメチルジメトキシシラン(VMDMS)を用い、MTMSとの共重合により得られたエアロゲルは、MTMSのみから得られたエアロゲル試料と比べて圧縮応力が高くなることが分かり、より固い(変形しにくい)エアロゲルが得られたことが分かった。このような機械的物性の変化は有機架橋鎖の導入によるものであり、ポリシロキサン部位に比べてより運動性が低くパッキング性の高い炭化水素鎖を導入することにより、より固いネットワークが得られたことを示している。このような機械的物性は、エアロゲル製造時の作業性や変形を伴う乾燥挙動、および様々な応用場面において、より信頼性の高い材料特性を与えるものと期待できる。
また、このような系にナノカーボン材料を導入するために、酸化グラフェン(GO)およびアミノシランを導入した系を設計することでエアロゲルの作製を試みた。3-アミノプロピルトリメトキシシランとGOを混合することでアミノ基とGO表面との還元反応により架橋体が形成され、VMDMS重合体と非重合体の存在下でアルコキシシランの加水分解・重縮合を行うことでこれらの複合体を作製し、エアロゲルを得た。得られたエアロゲルは超撥水性や柔軟な機械的物性に加え電気伝導性を示し、温度や可逆的な圧縮変形に応じてその伝導率(抵抗)が変化することがわかった。この性質を用い、温度センサーや応力・ひずみセンサーとしても機能することを明らかにした。

  • 研究成果

    (26件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 4件、 査読あり 7件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 9件、 招待講演 2件) 産業財産権 (1件)

  • [国際共同研究] Tongji University(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      Tongji University
  • [雑誌論文] Superhydrophobic highly flexible doubly cross-linked aerogel/carbon nanotube composites as strain/pressure sensors2020

    • 著者名/発表者名
      Guoqing ZU, Xiaodong WANG, Kazuyoshi KANAMORI, Kazuki NAKANISHI
    • 雑誌名

      Journal of Materials Chemistry B

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1039/C9TB02953B

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Superelastic triple-network polyorganosiloxane-based aerogels as transparent thermal superinsulators and efficient separators2020

    • 著者名/発表者名
      Guoqing ZU, Kazuyoshi KANAMORI, Xiaodong WANG*, Kazuki NAKANISHI, Jun SHEN
    • 雑誌名

      Chemistry of Materials

      巻: 32 ページ: 1595-1604

    • DOI

      10.1021/acs.chemmater.9b04877

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Colorless transparent melamine-formaldehyde aerogels for thermal insulation2020

    • 著者名/発表者名
      Yuki NAKANISHI, Yosuke HARA, Wataru SAKUMA, Tsuguyuki SAITO, Kazuki NAKANISHI, Kazuyoshi KANAMORI
    • 雑誌名

      ACS Applied Nano Materials

      巻: 3 ページ: 49-54

    • DOI

      10.1021/acsanm.9b02275

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 有機-無機ハイブリッドエアロゲルを基材とした断熱システムの開発2019

    • 著者名/発表者名
      會澤守・川瀬昇・中西和樹・金森主祥
    • 雑誌名

      セラミックス

      巻: 54 ページ: 816-820

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Superelastic multifunctional aminosilane-crosslinked graphene aerogels for high thermal insulation, three-component separation, and strain/pressure sensing array2019

    • 著者名/発表者名
      Guoqing ZU, Kazuyoshi KANAMORI, Kazuki NAKANISHI, Xuanming LU, Kunhua YU, Jia HUANG, Hiroyuki SUGIMURA
    • 雑誌名

      ACS Applied Materials & Interfaces

      巻: 11 ページ: 43533-43542

    • DOI

      10.1021/acsami.9b16746

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] 有機-無機ハイブリッドエアロゲルが実現する高性能断熱システム2019

    • 著者名/発表者名
      中西和樹・金森主祥・山地正洋
    • 雑誌名

      建築と社会

      巻: 100 ページ: 18-19

  • [雑誌論文] Ambient-dried highly flexible copolymer aerogels and their nanocomposites with polypyrrole for thermal insulation, separation, and pressure sensing2019

    • 著者名/発表者名
      Guoqing ZU, Kazuyoshi KANAMORI, Ayaka MAENO, Hironori KAJI, Kazuki NAKANISHI, Jun SHEN
    • 雑誌名

      Polymer Chemistry

      巻: 10 ページ: 4980-4990

    • DOI

      10.1039/C9PY00751B

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Resilient, fire-retardant, and mechanically strong polyimide -polyvinylpolymethylsiloxane composite aerogel prepared via stepwise chemical liquid deposition2019

    • 著者名/発表者名
      Ze ZHANG, Xiaodong WANG, Guoqing ZU, Kazuyoshi KANAMORI, Kazuki NAKANISHI, Jun SHEN
    • 雑誌名

      Materials & Design

      巻: 183 ページ: 108096

    • DOI

      10.1016/j.matdes.2019.108096

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Superhydrophobic ultraflexible triple-network graphene/polyorganosiloxane aerogels for high-performance multifunctional temperature/strain/pressure sensing array2019

    • 著者名/発表者名
      Guoqing ZU, Kazuyoshi KANAMORI, Kazuki NAKANISHI, Jia HUANG
    • 雑誌名

      Chemistry of Materials

      巻: 31 ページ: 6276-6285

    • DOI

      10.1021/acs.chemmater.9b02437

  • [学会発表] シリカ・シロキサンの化学と柔らかい低密度多孔体の作製2019

    • 著者名/発表者名
      金森主祥
    • 学会等名
      京大テックフォーラム「社会・インフラに関わる身近なシリカの化学」
    • 招待講演
  • [学会発表] 透明で柔軟なポリ有機シロキサンエアロゲルの作製と応用2019

    • 著者名/発表者名
      金森主祥・上岡良太
    • 学会等名
      第23回ケイ素化学協会シンポジウム
  • [学会発表] New colorless and transparent organic polymer aerogels via non-aqueous sol-gel process2019

    • 著者名/発表者名
      Yuki NAKANISHI, Kazuki NAKANISHI, Kazuyoshi KANAMORI
    • 学会等名
      The 13th Pacific Rim Conference of Ceramic Societies
    • 国際学会
  • [学会発表] Preparation of amino- functionalized flexible polysiloxane porous materials from organoalkoxysilane having urea bond and their characterizations2019

    • 著者名/発表者名
      Rikuo SHIGETAKE, Kazuki NAKANISHI, Kazuyoshi KANAMORI
    • 学会等名
      The 13th Pacific Rim Conference of Ceramic Societies
    • 国際学会
  • [学会発表] Revisiting organic-inorganic hybrid aerogels toward advanced transparency and mechanical flexibility2019

    • 著者名/発表者名
      Kazuyoshi KANAMORI, Ryota UEOKA, Kazuki NAKANISHI
    • 学会等名
      The 13th Pacific Rim Conference of Ceramic Societies
    • 国際学会
  • [学会発表] 有機-無機ハイブリッドエアロゲルによる柔軟透明超断熱材料2019

    • 著者名/発表者名
      金森主祥
    • 学会等名
      第161回ニューガラス研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] Polysiloxane-based organic-inorganic hybrid aerogels with mechanical flexibility2019

    • 著者名/発表者名
      Kazuyoshi KANAMORI, Ryota UEOKA, Mamoru AIZAWA, Noboru KAWASE, Kazuki NAKANISHI
    • 学会等名
      1st Conference on Aerogel-Inspired Materials
    • 国際学会
  • [学会発表] Novel drying method of polymethylsilsesquioxane xerogels suitable for large-sized monoliths2019

    • 著者名/発表者名
      Noboru KAWASE, Mamoru AIZAWA, Kazuyoshi KANAMORI
    • 学会等名
      International Sol-Gel Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Preparation of flexible polysiloxane porous materials in non-aqueous condition and their characterizations2019

    • 著者名/発表者名
      Rikuo SHIGETAKE, Kazuyoshi KANAMORI, Kazuki NAKANISHI
    • 学会等名
      International Sol-Gel Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Polysiloxane-based organic-inorganic hybrid aerogels via ambient pressure drying2019

    • 著者名/発表者名
      Kazuyoshi KANAMORI, Ryota UEOKA, Mamoru AIZAWA, Noboru KAWASE, Kazuki NAKANISHI
    • 学会等名
      International Sol-Gel Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Preparation of hierarchically controlled melamine- formaldehyde polymer monoliths via sol-gel process2019

    • 著者名/発表者名
      Yuki NAKANISHI, Kazuyoshi KANAMORI, Riichi MIYAMOTO, Kazuki NAKANISHI
    • 学会等名
      International Sol-Gel Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Highly transparent organic-inorganic hybrid aerogels with improved mechanical flexibility2019

    • 著者名/発表者名
      Ryota UEOKA, Kazuki NAKANISHI, Kazuyoshi KANAMORI
    • 学会等名
      International Sol-Gel Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] 非水系ゾル-ゲル法による新規な無色透明有機ポリマーエアロゲルの作製2019

    • 著者名/発表者名
      中西祐樹・金森主祥・中西和樹
    • 学会等名
      日本ゾル-ゲル学会第17回討論会
  • [学会発表] 有機-無機ハイブリッド柔軟多孔体の新規作製法の検討と物性評価2019

    • 著者名/発表者名
      繁竹陸生・金森主祥・中西和樹
    • 学会等名
      日本ゾル-ゲル学会第17回討論会
  • [学会発表] 繊維状骨格を有する高可視光透過性かつ高曲げ柔軟性を示す有機-無機ハイブリッドエアロゲルの作製2019

    • 著者名/発表者名
      上岡良太・金森主祥・中西和樹
    • 学会等名
      日本ゾル-ゲル学会第17回討論会
  • [産業財産権] 有機高分子多孔体とその製造方法2019

    • 発明者名
      中西和樹・金森主祥・中西祐樹・宮本利一
    • 権利者名
      中西和樹・金森主祥・中西祐樹・宮本利一
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2019-153050

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公開日: 2021-01-27  

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