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2020 年度 実績報告書

無機/有機ハイブリッドネットワークを有するイオン液体含有高強度ゲルに関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 19J11528
研究機関北海道大学

研究代表者

安井 知己  北海道大学, 先端生命科学研究院, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2019-04-25 – 2021-03-31
キーワード高強度ゲル / イオン液体 / シリカ粒子 / オリゴマー電解質 / 超分子フィルム / エネルギー散逸 / ダブルネットワークゲル
研究実績の概要

本年度は、ナノコンポジット(NC)イオンゲルのネットワーク構造観察を行い、高強度発現機構について考察した。透過型電子顕微鏡(TEM)による構造観察の結果、NCイオンゲル中では、ダブルネットワーク(DN)イオンゲルとは全く異なり、粒子内部に低電子密度領域を有するシリカ二次粒子が高度に分散していることが分かった。NCイオンゲルの調製ではポリジメチルアクリルアミド(PDMAAm)ネットワークの存在下でシリカ粒子が形成されるため、粒子の成長過程でPDMAAm鎖を取り込んだシリカ二次粒子が形成されていると推測した。よって、粒子内部の低電子密度領域はPDMAAmの存在を示しており、PDMAAm鎖が貫通したシリカ二次粒子が形成されていると考えた。NCイオンゲルは高ひずみ側で急激に応力が増大する特徴的な応力-ひずみ曲線を示す。PDMAAm鎖を取り込んだシリカ二次粒子はPDMAAmネットワークの可動架橋点として機能すると考えられる。そのため、高ひずみ領域でPDMAAm鎖が高度に延伸され、その伸びきり効果によって応力が急激に増大したことで高い機械的強度を示したと考えられる。
さらに、課題の実施によって得た知見を基に、2つの高強度ハイドロゲルを開発した。1つ目はオリゴマー電解質から構成される超分子フィルムネットワークを有する高強度ゲルである。当該ゲルは超分子フィルムから構成される物理架橋ネットワークの破壊に伴うエネルギー散逸機構によって優れた機械的強度を示した。さらに、当該ゲルは物理架橋ネットワークを有するにも関わらず、動的な機械的特性だけでなく静的な機械的特性を併せ持つことを見出した。2つ目はワンステップかつ高速で調製可能なDNゲルである。DNゲルの2つのネットワークを温和な条件で同時かつ独立に形成できる設計にすることで、今まで成し遂げられていなかったDNゲルのワンステップ高速調製を達成した。

現在までの達成度 (段落)

令和2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

令和2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 2020 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Inorganic/organic nanocomposite ion gels with well dispersed secondary silica nanoparticles2020

    • 著者名/発表者名
      Yasui Tomoki、Kamio Eiji、Matsuyama Hideto
    • 雑誌名

      RSC Advances

      巻: 10 ページ: 14451~14457

    • DOI

      10.1039/d0ra02478c

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [備考] 神戸大学大学院工学研究科応用化学専攻 膜工学グループ HP

    • URL

      http://www2.kobe-u.ac.jp/~matuyama/cx14HP/

URL: 

公開日: 2021-12-27  

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