高分子電解質の結晶化によって誘起される高強度化メカニズムの解明

阐明聚合物电解质结晶引起的高强度机制

• 批准号: 21K14679
• 负责人: 橋本 慧
• 金额: $ 2.33万
• 依托单位: Gifu University (2022)The University of Tokyo (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K14679/
• 关键词: 高強度高分子電解質; 伸長誘起結晶化; スライドリング効果; 均一網目; イオンゲル; 電解質; 強靭化; 均一網目効果; 過渡的架橋点

本研究では、ウェアラブルデバイスへの適用を目指した強靭かつ延伸可能な高分子電解質材料の開発を目的としている。前年度は一部計画を変更し、高分子鎖上をスライド可能な動的な架橋点を有するスライドリング(SR)網目とLi塩からなる強靭な電解質を開発した。この材料に対し研究を進め、論文作成（投稿中）を行った。X線散乱・AFM等の構造解析手法と物性評価の組み合わせにより、以下が明らかとなった。(1)延伸した際に高分子鎖が配向し結晶化する伸長誘起結晶化が起こり、亀裂進展への耐性を生ずることが優れた破断エネルギー(>100 MJ/m3)に繋がっている。(2)架橋点として用いた鎖上を移動可能なシクロデキストリンが電解質中で相分離し、硬い連続相のドメインを形成しており、それが高いヤング率(>10 MPa)に寄与している。これらの機械特性はウェアラブルデバイスの外装として用いられる一般的なエラストマーよりも優れており、ここまで高い破断エネルギー、ヤング率を両立し、イオン伝導率も高い高分子固体電解質はこれまでに報告されておらず、本検討が初めての報告となる。加えて、溶媒を変え、Li塩よりも溶媒和力が弱いイオン液体を用いてSRイオンゲルを作製した。SRイオンゲルにおいても伸長誘起結晶化が観測され、高い破断エネルギーを示した。現在、中性子散乱を中心としてその構造解析を進めている。また、当初の目的であった、4分岐均一高分子網目の伸長誘起結晶を利用した強靭化にも進展があった。(1)分岐間の分子量(2)高分子の濃度の両者を一定以上にすることで、4分岐の高分子網目を使っても高分子鎖が十分に配向し、伸長誘起結晶を形成することが分かった。以前報告した伸長誘起結晶を形成しない4分岐網目の高分子電解質よりも遥かに高い破断延伸倍率と破断応力を示すことが明らかになりつつある。

这项研究旨在开发一种旨在应用于可穿戴设备的强大且可拉伸的电解质材料。在上一年，我们改变了计划，以开发由幻灯片环（SR）网格组成的坚韧电解质，并具有动态的交联点，这些点可以在聚合物链和Li盐上滑动。对此材料进行了研究，并撰写了论文（目前正在提交）。通过结构分析方法（例如X射线散射和AFM以及物理特性评估）的结合来揭示以下内容。 （1）伸长诱导的结晶发生在伸展时聚合物链的定向和结晶，从而导致裂纹生长的抗性，从而导致出色的断裂能（> 100 MJ/m3）。 （2）可以在用作交联点的链上移动的环糊精在电解质中分离，形成了硬连续相结构域，这有助于高年轻的模量（> 10 MPa）。这些机械性能优于用作外部可穿戴设备的一般弹性体，并且没有关于达到如此高的能量和杨氏模量的聚合物固体电解质的报道，并且具有高离子电导率，这是第一个报告。此外，更换溶剂并使用溶剂化功率弱的离子液体用于制备SR离子凝胶。在SR离子凝胶中还观察到伸长诱导的结晶，显示出高的断裂能。目前，我们正在进行中子散射的结构分析，重点是其中子散射。此外，使用四支均匀统一聚合物网络的延伸晶体（这是最初的目的），在加强方面也取得了进展。发现（1）分支之间的分子量（2）通过保持两个高于一定水平的聚合物的浓度，即使使用了四支分支的聚合物网络，并且形成了延伸诱导的晶体，聚合物链也足够方向。很明显，它表现出比以前报道的四个不形成伸长诱导晶体的分支网络的聚合物电解质的破裂应激和断裂应力更高。

项目成果

高い強靭性を有する高分子固体電解質

高韧性聚合物固体电解质

• 发表时间: 2023

中性子・X線散乱を用いた高強度環動イオンゲルの延伸中における構造解析

使用中子/X 射线散射对拉伸过程中高强度环动离子凝胶进行结构分析

• 发表时间: 2023
• 作者: 橋本 慧

スライドリング網目を有する高分子固体電解質のナノオーダー構造

滑环网络固体聚合物电解质的纳米级结构

• 发表时间: 2022
• 作者: 橋本 慧;塩飽 透;横山 英明;伊藤 耕三;眞弓 皓一
• 通讯作者: 眞弓 皓一

スライドリング網目と不揮発性溶媒からなるゲルの力学特性

滑环网络与不挥发溶剂组成的凝胶的力学性能

• 发表时间: 2022
• 作者: 橋本 慧;塩飽 透;横山 英明;伊藤 耕三;眞弓 皓一
• 通讯作者: 眞弓 皓一