合成・量子化学計算・データ科学的手法によるゾル-ゲル反応の解析

2021 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19K15637
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分35020:高分子材料関連
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 塚田 学 千葉大学, 大学院工学研究院, 助教 (60632578)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: ゾル-ゲル反応 / シロキサン / シルセスキオキサン / アルコキシシラン / 架橋型アルコキシシラン / 自立膜 / 熱伝導率

研究成果の概要

本研究では、トリアルコキシシランのゾル-ゲル反応をデータ科学的手法により解析し、モノマーのミクロ物性と材料のマクロ物性の相関関係を明らかにすることを目的とした。架橋型アルコキシシランのゾル-ゲル反応により得られたゾルから、優れた断熱性と耐熱性を有する自立膜の調製に成功した。また、この際の実験データと理論化学計算より算出した原料の物性から、機械学習の手法を用いることで未知化合物と仮定した架橋型アルコキシシランのゾル-ゲル反応の結果を予測することに成功した。

自由記述の分野

高分子化学、有機-無機ハイブリッド材料、有機化学、錯体化学

研究成果の学術的意義や社会的意義

ゾル-ゲル反応を用いた材料開発では、成形加工性の高いゾルの形で取り出すことが望まれるが、原料アルコキシシランの有機基の種類や水の添加量など僅かな条件の違いでゲル化する。未知材料開発において、モノマーの構造からゾルとして得られる分子量およびゲル化点の予測は極めて重要である。しかし、現状の分子量予測は、モノマー中の有機基の種類や反応条件に基づいて、合成化学者の勘と経験により行われている。本研究の成果は、ゾル-ゲル反応を行ったことがない研究者でも、簡便に分子量の傾向を予測できるようになる手法の一つを示すことに成功したことであり、今後の材料開発の新しい手法となることが期待される。