Liquid Electrets Based on pi-Stacked Nanocluster Fluids

基于π堆叠纳米团簇流体的液体驻极体

基本信息

批准号：
20F40041
负责人：
中西尚志
金额：
$ 1.41万
依托单位：
National Institute for Materials Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-11-13 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究課題では、振動や機械的刺激により無電源発電または振動センサ機能を持つ、エレクトレット素子の活性材料の開発に際し、帯電量が高く、帯電保持時間にも優れる液体エレクトレット材料の創成を目指している。特に伸縮など自由変形可能な柔軟性に富む環境発電素子の開発へ適性の高いエレクトレット材料の創成を目指している。本研究では、複数のアルキル鎖を導入した歪んだ構造の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、複数の歪んだ構造ヘキサベンゾコロネン（c-HBC）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する。昨年度までに、合成した分岐アルキル基を導入したc-HBC誘導体では、コアとなるc-HBCが孤立し、近接分子のc-HBC環と相互作用がない液体構造（特異的なキャリアの長寿命性を持つ）となることを明らかにしていた。一方、類似化合物で分岐側鎖の導入方法が僅かに異なる分子では、隣接するc-HBC環同士に相互作用が生じていることが示唆された。これらアルキル化c-HBCの液体エレクトレット性能を評価するためにコロナ帯電処理を実施し、帯電量測定を行った結果、コアが孤立したc-HBCが最も高い電荷量(/モル)を示した。このことは、導入した分岐アルキル側鎖で隔離されたc-HBCでは、帯電した電荷が保護安定化され、結果として優れたエレクトレット性能を示していると推察する。また、VIPが低い分子構造であることも、電荷量の向上に寄与している可能性が示唆された。同液体を機材に、伸縮性振動発電素子の性能評価を行った結果、優れた出力電圧を示した。また、アルキル化液体フラーレンを機材とするエレクトレット振動発電素子の創成にも成功した。

在该研究项目中，我们的目标是在开发具有无动力发电或利用振动或机械刺激的振动传感器功能的驻极体元件的活性材料时，创造出一种具有高电荷量和优异的电荷保持时间的液体驻极体材料。特别是，我们的目标是创造非常适合开发可自由变形（例如膨胀和收缩）的柔性能量收集元件的驻极体材料。在这项研究中，我们设计了一种六苯并苯衍生物，其具有包含多个烷基链的扭曲结构。其目的是通过π-π相互作用将多个扭曲的六苯并晕（c-HBC）环形成纳米团簇，并在室温下保持液态。通过将多个电荷限制在同一个 π 纳米团簇内，我们创造了一种高性能驻极体液体。去年合成的c-HBC衍生物中，引入了支化烷基，核心c-HBC是孤立的，具有不与邻近分子的c-HBC环相互作用的液体结构（长寿命）据透露，它具有性性质）。另一方面，在引入支化侧链的方法略有不同的相似分子中，表明相邻的 c-HBC 环之间发生相互作用。为了评估这些烷基化c-HBC的液体驻极体性能，我们进行了电晕充电处理并测量了电荷量，结果，具有隔离核的c-HBC显示出最高的电荷量（/mol）。这表明通过引入的支化烷基侧链分离的c-HBC可以保护和稳定带电电荷，从而产生优异的驻极体性能。还提出低 VIP 的分子结构也可能有助于电荷量的提高。使用液体作为材料来评价伸缩振动发电元件的性能，结果显示出优异的输出电压。他们还成功制造出以烷基化液态富勒烯为材料的驻极体振动发电装置。