| 研究課題/領域番号 |
20F40041
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| 研究機関 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
中西 尚志 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, グループリーダー (40391221)
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| 研究分担者 |
GUPTA RAVINDRA 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 外国人特別研究員
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| 研究期間 (年度) |
2020-11-13 – 2023-03-31
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| キーワード | 機能性液体 / アルキル-πエンジニアリング / πナノクラスター / エレクトレット素子 |
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| 研究実績の概要 |
本研究課題では、振動・加圧により無電源発電または振動センサ機能を持つ、特に伸縮性を有すエレクトレット素子の活性材料となる帯電能の高い液体材料の創成を目指している。本研究目的のために、複数のアルキル鎖を導入したヘキサベンゾコロネン誘導体を分子設計した。狙いとしては、複数のヘキサベンゾコロネン環をπ-π相互作用によりナノクラスター化させ、常温液体状態を保持する。複数の電荷を同πナノクラスター内に閉じ込めることで、高性能エレクトレット液体を創成したい。
アルキル化（直鎖、分岐鎖、高度分岐鎖）ヘキサベンゾコロネン誘導体の合成に成功した。同定は、1H/13C-NMRおよびMALDI-TOF-MS測定により行った。レオロジー、示差走査熱量測定等を実施し、アルキル化ヘキサベンゾコロネン誘導体が常温で熱力学的に安定な液体状態を示すことを見出した。また、小角広角X線散乱および各種分光測定（UV-Vis吸収、蛍光、蛍光量子収率）の結果により、隣接するヘキサベンゾコロネン環同士に相互作用が生じていることも示唆された。液晶の様な長距離に及ぶ組織構造の形成は確認できず、当初想定したナノクラスター化した状態で、常温液体を生じていると推察している。
また、液体エレクトレット性能を評価するに辺り、コロナ帯電処理を実施し、表面電位測定を行った。
オンライン開催されたMANA International Symposium 2021にて、研究分担者であるDr. Ravindra GUPTAがポスター発表を行った。
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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
創成したπナノクラスター液体を用いたエレクトレット機能の向上を目指しているが、エレクトレット性能評価の前段階まで既に到達している。コロナ帯電処理後の表面電位測定にる液体素材そのものの帯電能力（＝エレクトレット能）の比較を実施後、実際に伸縮性エレクトレット素子としての性能評価を行う。複数のアルキル化ヘキサベンゾコロネン誘導体を合成しており、その中から高性能なエレクトレット性能を示す液体を見出す。
上述の通り、エレクトレット性能の評価に既に移っているが、分子合成、液体物性、ナノクラスター構造に関する結果に関しては、論文へまとめるべく準備を始めている。
また、アルキル化ヘキサベンゾコロネン誘導体が一重項酸素の生成能に優れていることが分かった。これは当初想定していなかった結果であり、今後研究を進展させて行く予定である。
以上のことより、十分に当初計画以上の進展をしていると言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
合成したアルキル化ヘキサベンゾコロネン液体を用い、コロナ帯電後の表面電位測定、表面電位の安定性評価、エレクトレット素子化を実施する。πナノクラスター化がエレクトレット性能にポジティブに働くか否かを検討するために、クラスター化のない、ヘキサベンゾコロネンユニットがアルキル鎖で完全に孤立化する液体分子を合成する。
また、アルキル化ヘキサベンゾコロネン誘導体が溶液中において一重項酸素の生成能を有すことを見出したため、溶媒のない液体状態における同機能の定量評価、液体物質としての同機能保持の有用性を明らかにする。この際も、πクラスター化と孤立πの違いによる一重項酸素の生成能に差が生じるか否かの評価を行う。
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