ブロック共重合体の自己組織化を利用したイオン伝導材料の開発と高分子アクチュエータへの応用 Ion conductive materials formed by self-assembly of block copolymers and their application to polymer actuators

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著者

    • 今泉, 暁 イマイズミ, サトル

書誌事項

タイトル

ブロック共重合体の自己組織化を利用したイオン伝導材料の開発と高分子アクチュエータへの応用

タイトル別名

Ion conductive materials formed by self-assembly of block copolymers and their application to polymer actuators

著者名

今泉, 暁

著者別名

イマイズミ, サトル

学位授与大学

横浜国立大学

取得学位

博士(工学)

学位授与番号

甲第1482号

学位授与年月日

2012-06-30

注記・抄録

博士論文

イオン液体(1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)amide,[C2mim][NTf2])を、ポス地連(PSt)とポリメタクリル酸メチル(PMMA)からなるABA型の取りブロック共重合体(SMS)と複合化することでゲル化する現象を見いだした。熱分析や原子力間顕微鏡観察などから、SMSが[C2mim][NTf2]中でミクロ相分離していることが確認された。また、[C2mim][NTf2]はPMMAセグメントと選択的に相溶し、SMSはPStセグメント凝集体を架橋点とした高分子網目を形成することで系をゲル化していることが分かった。このSMSイオンゲルの動的粘弾性やイオン伝導性を評価し、SMS分子量がゲルの機械的性質やイオンの運動性に及ぼす影響について議論した。これらの検討により、SMSのゲル化メカニズム、イオン電導材料としての特性、およびイオン液体ゲル化剤としてのブロック共重合体の設計指針を得た。次に、このイオンゲルを用いた高分子アクチュエータの開発を行った。このイオンゲルアクチュエータは、低電圧(<3V)印加により、大気かあるいは真空中で安定に作動することが確認された。また、種々の高分子材料を用いたイオンゲルアクチュエータの評価を行い、高い機械的強度を持つスルホン酸化ポリイミド(SPI)が優れた特性を示すことを見いだした。さらにSPIイオンゲルアクチュエータ用のさらなる高性能化を目指し、高性能導電助剤を用いた評価を行った。最後にイオンゲルアクチュエータの駆動メカニズムについて検討を行った。高分子電解質中におけるイオン輸送メカニズムに着目したアクチュエータの変形モデルから変位量の関係式を導出し、アクチュエータの挙動を支配する重要な変数Δv ≡ t+v+ - t-v-(t+,t-はそれぞれカチオン・アニオンの輸率、v+v+はカチオン・アニオンの体積)を見いだした。このモデルを検証するために、ポリエーテルウレタンウレア(PEUU)にリチウム塩(Li[NTf2])またはイオン液体([C2mim][NTf2])を添加した2種類の高分子電解質を開発した。PGSE-NMRを用いた拡散測定などを用いた検討より、両者はイオン輸送メカニズムの違いからΔvが大きく異なっていることが示された。これらの電解質を用いたアクチュエータは電圧印加の極性に対する変位挙動が逆であったが、この挙動の違いはモデルによってうまく説明することができた。また、充電電荷量の小さいときには実験値と理論式からの計算値はよく一致し、モデルの妥当性が確認された。さらにSPIイオンゲルアクチュエータの変位量も計算値とよく一致することが確認できた。

横浜国立大学, 平成24年6月30日, 博士(工学), 甲第1482号

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各種コード

  • NII論文ID(NAID)
    500000570562
  • NII著者ID(NRID)
    • 8000000572850
  • 本文言語コード
    • jpn
  • NDL書誌ID
    • 024457079
  • データ提供元
    • 機関リポジトリ
    • NDL ONLINE
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