イオン液体を用いたソフトマテリアルの創成

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23245046
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 高分子・繊維材料
• 研究機関: 横浜国立大学
• 研究代表者: 渡邉 正義 横浜国立大学, 工学研究院, 教授 (60158657)
• 研究分担者: 獨古 薫 横浜国立大学, 工学研究院, 准教授 (70438117) ; 小久保 尚 横浜国立大学, 工学研究院, 特別研究教員 (80397091)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: イオン液体 / 高分子 / ゲル / 相溶 / LCST型相分離 / UCST型相分離 / ポリイミド / ブロック共重合体

研究概要

本研究では、イオン液体と高分子からなるソフトマテリアルの創成について検討を行った。様々のイオン液体中での高分子の相挙動の観察から、その溶解性支配因子を整理し、クーロン相互作用に加え、ファンデルワールス力、水素結合、カチオン－π相互作用の重要性を指摘した。また、UCST及びLCSTを示すポリマーのブロック共重合体を用いて、温度誘起ゾルゲル転移、水－イオン液体のシャトリング現象、光刺激による相転移現象を実現した。さらに、スルホン酸化ポリイミド等をマトリックスとしたイオン液体複合膜を作製し、真空下でも駆動するアクチューエーター、無加湿中温形燃料電池用電解質膜の創製に成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Tuning of Sol-Gel Transition Temperatures for Thermoreversible Ion Gels (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Kitazawa, T. Ueki, S. Imaizumi, T. P. Lodge, M. Watanabe
  • 雑誌名: Chem. Lett 巻: 43 ページ: 204-206
  • 査読あり
• [雑誌論文] Energy Applications of Ionic Liquids (2014)
  • 著者名/発表者名: D. R. MacFarlane, N. Tachikawa, M. Forsyth, J. M. Pringle, P. C. Howlett, G. D. Elliott, J. H. Davis, Jr., M. Watanabe, P. Simon, C. A. Angell
  • 雑誌名: Energy Environ. Sci 巻: 7 ページ: 232-250
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermoreversible Nanogel Shuttle between Ionic Liquid and Aqueous Phases (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Ueki, S. Sawamura, Y. Nakamura, Y. Kitazawa, H. Kokubo, M. Watanabe
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 29 ページ: 13661-13665
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of Carbon Electrode Materials on Performance of Ionic Polymer Actuators Having Electric Double-Layer Capacitor Structure (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Kokubo, T. Honda, S. Imaizumi, K. Dokko, M. Watanabe
  • 雑誌名: Electrochemistry 巻: 81 ページ: 849-852
  • 査読あり
• [雑誌論文] Protic Ionic Liquids : Fuel Cell Applications (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Yasuda, M. Watanabe
  • 雑誌名: MRS Bull 巻: 38 ページ: 560-566
  • 査読あり
• [雑誌論文] Printable Polymer Actuators from Ionic Liquid, Soluble Polyimide, and Ubiquitous Carbon Materials (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Imaizumi, Y. Ohtsuki, T. Yasuda, H. Kokubo, M. Watanab
  • 雑誌名: ACS Appl. Mater. Interfaces 巻: 5 ページ: 6307-6315
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural Study on the UCST-Type Phase Separation of Poly(N-isopropylacrylamide) in Ionic Liquid (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Asai, K. Fujii, T. Ueki, S. Sawamura, Y. Nakamura, Y. Kitazawa, M. Watanabe, Y.-S. Han, T.-H. Kim, M. Shibayama
  • 雑誌名: Macromolecules 巻: 46 ページ: 1101-1106
  • 査読あり
• [雑誌論文] Light-Controlled Reversible Micellization of a Diblock Copolymer in an Ionic Liquid (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Ueki, Y. Nakamura, T. P. Lodge, M
  • 雑誌名: Watanabe Macromolecules 巻: 45 ページ: 7566-7573
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural Analysis of High Performance Ion-Gel Comprising Tetra-PEG Network (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Asai, K. Fujii, T. Ueki, T. Sakai, U.-I. Chung, M. Watanabe, Y.-S. Han, T.-H. Kim, M. Shibayama
  • 雑誌名: Macromolecules 巻: 45 ページ: 3902-3909
  • 査読あり
• [雑誌論文] Heat Capacities and Glass Transitions of Ion Gels (2012)
  • 著者名/発表者名: Yamamuro, T. Someya, M. Kofu, T. Ueki, K. Ueno, M. Watanabe
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 巻: 116 ページ: 10935-10940
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microscopic Insights into Ion Gel Dynamics Using Neutron Spectroscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Kofu, T. Someya, S. Tatsumi, K. Ueno, T. Ueki, M. Watanabe, T. Matsunaga, M. Shibayama, V. G. Sakai, M. Tyagide, O. Yamamuro
  • 雑誌名: Soft Matter 巻: 8 ページ: 3888-3897
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermoreversible High-temperature Gelation of an Ionic Liquid with Poly(benzyl methacrylate-b-methyl methacrylate-b-benzyl methacrylate) Triblock Copolymer (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Kitazawa, T. Ueki, K. Niitsuma, S. Imaizumi, T. P. Lodge, M. Watanabe
  • 雑誌名: Soft Matter 巻: 8 ページ: 8067-8074
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unlocking of Interlocked Heteropolymer Gel by Light : Photoinduced Volume Phase Transition in an Ionic Liquid from a Metastable State to an Equilibrium Phase (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Ueki, A. Yamaguchi, M. Watanabe
  • 雑誌名: Chem. Commun 巻: 48 ページ: 5133-5135
  • 査読あり
• [雑誌論文] Driving Mechanisms of Ionic Polymer Actuators Having Electric Double Layer Capacitor Structures (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Imaizumi, Y. Kato, H. Kokubo, M. Watanabe
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 巻: 116 ページ: 5080-5089
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of Polymer Structure on Properties of Sulfonated Polyimide/Protic Ionic Liquid Composite Membranes for Nonhumidified Fuel Cell Applications (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Yasuda, S. Nakamura, Y. Honda, K. Kinugawa, S.-Y. Lee, M. Watanabe
  • 雑誌名: ACS Appl. Mater. Interfaces 巻: 4 ページ: 1783-1790
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-performance Ion Gel with Tetra-PEG Network (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Fujii, H. Asai, T. Ueki, T. Sakai, S. Imaizumi, U. Chung, M. Watanabe and M. Shibayama
  • 雑誌名: Soft Matter 巻: 8 ページ: 1756-1759
  • 査読あり
• [雑誌論文] Polymer Actuators Using Ion-Gel Electrolytes Prepared by Self-Assembly of ABA-Triblock Copolymers (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Imaizumi, H. Kokubo, M. Watanabe
  • 雑誌名: Macromolecules 巻: 45 ページ: 401-409
  • 査読あり
• [雑誌論文] Polymers in Ionic Liquids : Dawn of Neoteric Solvents and Innovative Materials (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Ueki, M. Watanabe
  • 雑誌名: Bull. Chem. Soc. Jpn 巻: 85 ページ: 33-50
  • 査読あり
• [雑誌論文] イオン液体 ～イオンのみからなる揮発しない液体～ (2012)
  • 著者名/発表者名: 小久保 尚、渡邉 正義
  • 雑誌名: 科学と教育 巻: 60(3) ページ: 122-123
• [雑誌論文] UCST Phase Transition of Azobenzene-Containing Random Copolymer in an Ionic Liquid (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Ueki, Y. Nakamura, A. Yamaguchi, K. Niitsuma, T. P. Lodge, M. Watanabe
  • 雑誌名: Macromolecules 巻: 44 ページ: 6908-6914
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural Aspects of the LCST Phase Behavior of Poly(benzyl methacrylate) in Room-temperature Ionic Liquid (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Fujii, T. Ueki, K. Niitsuma, T. Matsunaga, M. Watanabe, M. Shibayama
  • 雑誌名: Polymer 巻: 52 ページ: 1589-1595
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural Effects of Polyethers and Ionic Liquids in Their Binary Mixtures on Lower Critical Solution Temperature Liquid-liquid Phase Separation (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Kodama, R. Tsuda, K. Niitsuma, T. Tamura, T. Ueki, H. Kokubo, M. Watanabe
  • 雑誌名: Polym. J 巻: 43 ページ: 242-248
  • 査読あり
• [雑誌論文] エネルギーデバイス用次世代電解質としてのイオン液体 (2011)
  • 著者名/発表者名: 安田 友洋、渡邉 正義
  • 雑誌名: 日本イオン交換学会誌 巻: 22 ページ: 2
• [雑誌論文] 無加湿燃料電池電解質としてのイオン液体 (2011)
  • 著者名/発表者名: 安田 友洋、渡邉 正義
  • 雑誌名: 化学工学 巻: 75 ページ: 386
• [学会発表] Innovation of Energy Devices by Collaboration of Ionic Liquids and Polymers (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Watanabe
  • 学会等名: The 13th Pacific Polymer Conference
  • 発表場所: Grand Hi-Lai Arena, Kaohsiung, Taiwan
  • 年月日: 20131117-22
  • 招待講演
• [学会発表] イオン液体と高分子のコラボレーションによるエネルギーデバイスのイノベーション (2013)
  • 著者名/発表者名: 渡邉正義
  • 学会等名: 第62回高分子討論会
  • 発表場所: 金沢大学角間キャンパス
  • 年月日: 20130911-13
  • 招待講演
• [学会発表] Polymer Electrolytes of Ionic Liquids : Fundamentals and Applications (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Watanabe
  • 学会等名: The 19th International Conference on Solid State Ionics (SSI-19)
  • 発表場所: International Conference Center, Kyoto
  • 年月日: 20130602-07
  • 招待講演
• [学会発表] Materialization of Ionic Liquids : Polymer Electrolytes of Ionic Liquids (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Watanabe
  • 学会等名: 2013 MRS Spring Meeting & Exhibit
  • 発表場所: San Francisco Marriot Marquis, USA
  • 年月日: 20130401-05
  • 招待講演
• [学会発表] Electromaterials Based on Ionic Liquids and Polymers (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Watanabe
  • 学会等名: Electromaterials Symposium
  • 発表場所: North Wollongong, Australia
  • 年月日: 20130213-15
• [学会発表] イオン液体を用いたエネルギー変換技術 総論 (2013)
  • 著者名/発表者名: 渡邉 正義
  • 学会等名: クリーンエネルギー材料産学官研究会
  • 発表場所: 横浜国立大学 教育文化ホール
  • 年月日: 2013-02-03
• [学会発表] Polymer Actuators Using Ion-Gel Electrolytes Prepared by Self-Assembly of ABA-Triblock Copolymers and Their Driving Mechanisms (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Watanabe
  • 学会等名: International Union of Materials Research Societies - International Conference on Electronic Materials 2012 (IUMRS-ICEM 2012)
  • 発表場所: Pacifico Yokohama, Japan
  • 年月日: 20120923-28
  • 招待講演
• [学会発表] Polymer Electrolytes of Ionic Liquids : Fundamentals and Applications (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Watanabe
  • 学会等名: XIII International Symposium on Polymer Electrolytes (ISPE-13)
  • 発表場所: Selfoss, Iceland
  • 年月日: 20120826-31
• [学会発表] Polymers in Ionic Liquids : Dawn of Neoteric Solvents and Innovative Materials (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Watanabe
  • 学会等名: IUPAC MACRO2012 World Polymer Congress
  • 発表場所: Virginia Tech, U.S.A.
  • 年月日: 20120624-30
• [学会発表] Protic Ionic Liquids : Applications to Non-Humidified Fuel Cells (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Watanabe
  • 学会等名: 4th Congress on Ionic Liquids (COIL-4)
  • 発表場所: Washington DC, USA
  • 年月日: 20110615-18
  • 招待講演
• [学会発表] Polymer Electrolytes of Ionic Liquids for Lithium Batteries and Fuel Cells (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Watanabe
  • 学会等名: 18th International Conference on Solid State Ionics (SSI 18th)
  • 発表場所: Warszawa, Poland
  • 年月日: 20110603-07
• [学会発表] How Can We Use Energy of Materials for Sustainable Society? (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Watanabe
  • 学会等名: 62nd Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry : Battery Contest, Niigata Convention Center Toki Messe
  • 発表場所: Niigata, Japan
  • 年月日: 2011-09-11
• [学会発表] イオン液体からグリーンマテリアルイノベーションへ (2011)
  • 著者名/発表者名: 渡邉 正義
  • 学会等名: クリーンエネルギー材料産学官研究会
  • 発表場所: 横浜国大大学会館4F 会館ホール
  • 年月日: 2011-07-22
• [学会発表] How Can We Use Energy of Materials for Sustainable Society? (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Watanabe
  • 学会等名: Public Panel Discussion : "Are Electric Cars Vehicles for Tomorrow?
  • 発表場所: Warsaw University of Technology, Warsaw, Poland
  • 年月日: 2011-06-07
  • 招待講演
• [図書] Chapter 10: Ion Gels for Ionic Polymer Actuators, In "Soft Actuators: Materials, Modeling, Applications, and Future Perspectives" edited by K. Asaka and H. Okuzaki (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Watanabe, S. Imaizumi, T. Yasuda, H. Kokubo
  • 出版者: Springer Japan, Tokyo (in press)
• [図書] Chapter 20 : Supported Protic Ionic Liquids in Polymer Membranes for Electrolytes of Nonhumidified Fuel Cells (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Yasuda, M. Watanabe
  • 総ページ数: 407-411
  • 出版者: John Wiley and Sons, New York
• [図書] 第8講 イオン液体を利用した光誘起型高分子材料の創出と高機能化, "フォトクロミズムの新展開と光メカニカル機能材料" (2011)
  • 著者名/発表者名: 小久保 尚、上木 岳士、渡邉 正義
  • 総ページ数: 143-150
  • 出版者: シー・エム・シー
• [産業財産権] イオン液体含有ゲル状組成物、ゲル状薄膜、及びその製造方法 (2011)
  • 発明者名: 鄭 雄一、酒井 崇匡、上木 岳士、柴山 充弘、藤井 健太、渡邉 正義
  • 権利者名: 東京大学、横浜国立大学
  • 産業財産権種類: 特願
  • 産業財産権番号: 2011-198851
  • 出願年月日: 2011-09-11