層状ポリジアセチレンの柔軟性の理解に基づく刺激応答性制御とセンサ応用

基于了解层状聚二乙炔的灵活性的刺激响应控制和传感器应用

基本信息

批准号：
22H02148
负责人：
緒明佑哉
金额：
$ 11.15万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究は、化学・材料分野において、分子や分子組織構造が剛直・柔軟と呼ばれている経験的かつ定性的な概念を、定量的に表現・理解する手がかりを得ることが目標である。そのため、刺激応答性色変化を示す共役高分子である層状ポリジアセチレン(PDA)を対象とし、層状構造の層間にゲストを導入することでその柔軟性および刺激応答性を変化させる。温度応答性色変化を例として、小規模データにも適用可能なマテリアルズインフォマティクス(MI)を適用し、刺激応答性予測モデルの構築を目指す。2023年度は、層状PDAの構造柔軟性を変化させる新たな手法の開拓を行った。これまでの研究では、単純なアルキルアミンやジアミン、金属イオン等を層間に導入してきた。本研究では、ポリエチレンイミンやポリアリルアミンなどの塩基性高分子や環状ゲスト分子の導入を行うことで、より多様な刺激応答性を実現することができた。また、これらの層状PDAに他の刺激応答性材料を組み合わせることでデバイスを作製し、より高度な構造柔軟性の制御により温度応答性色変化や力学的刺激応答性色変化の可視・定量化を達成することができた。これらのデバイスは、外科手術時の温度変化マッピングや、様々な力学的刺激（摩擦力や圧縮応力）の可視・定量化を可能にした。さらに、MIの適用に向けた準備として刺激応答性に関するデータセットの構築を試みた。温度と色度の関係を示すデータを整理し、これを目的変数とするデータセットを作成した。刺激応答性を支配しうると考えられるパラメータを、研究者の経験と考察もふまえて説明変数として複数選択した。このようなデータセットの機械学習を行い、研究者の経験と考察をふまえた記述子の抽出を行った。

本研究的目标是获得定量表达和理解化学和材料领域中分子和分子结构被称为刚性和柔性的经验和定性概念的线索。为此，我们重点关注层状聚二乙炔（PDA），这是一种表现出刺激响应颜色变化的共轭聚合物，并通过在层状结构的各层之间引入客体来改变其灵活性和刺激响应性。以温度响应颜色变化为例，我们的目标是通过应用材料信息学（MI）建立一个可应用于小规模数据的刺激响应预测模型。 2023 财年，我们开发了一种新方法来改变分层 PDA 的结构灵活性。之前的研究在层间引入了简单的烷基胺、二胺、金属离子等。在这项研究中，我们通过引入聚乙烯亚胺和聚烯丙胺等基本聚合物以及环状客体分子，能够实现更多样化的刺激响应。此外，通过将这些分层 PDA 与其他刺激响应材料相结合，我们将制造能够通过控制更先进的结构灵活性实现温度响应颜色变化和机械刺激响应颜色变化的可视化和量化的设备。。这些设备使得绘制外科手术期间的温度变化以及可视化和量化各种机械刺激（摩擦力和压缩应力）成为可能。此外，我们尝试构建有关刺激反应性的数据集，为 MI 的应用做准备。我们组织了显示温度和色度之间关系的数据，并使用它作为目标变量创建了一个数据集。根据研究人员的经验和考虑，我们选择了多个参数作为解释变量，这些参数被认为能够控制刺激反应。我们对这样的数据集进行了机器学习，并根据研究人员的经验和考虑提取了描述符。

项目成果

期刊论文数量（13）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

層状高分子の機能設計

层状聚合物的功能设计

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
石田遥也;Justine M. Kalaw;重光　孟;木田敏之;緒明佑哉
通讯作者：
緒明佑哉

層状ポリジアセチレン／ポリウレタン複合体による引張応力と蓄積仕事量の可視・定量化

层状聚二乙炔/聚氨酯复合材料中拉伸应力和累积功的可视化和量化

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Funabiki Kazumasa;Yamada Kengo;Arisawa Yuta;Watanabe Arina;Agou Tomohiro;Kubota Yasuhiro;Inuzuka Toshiyasu;Miwa Yohei;Udagawa Taro;Kutsumizu Shoichi;望月佑起　今井宏明　緒明佑哉
通讯作者：
望月佑起　今井宏明　緒明佑哉

Coatable 2D Conjugated Polymers Containing Bulky Macromolecular Guests for Thermal Imaging

用于热成像的含有大分子客体的可涂层二维共轭聚合物

DOI：
10.1021/acsami.2c12909
发表时间：
2022
期刊：
ACS Applied Materials & Interfaces
影响因子：
9.5
作者：
Aya Edagawa;Satoru Matsuda;Hirofumi Kawakubo;Hiroaki Imai;and Yuya Oaki
通讯作者：
and Yuya Oaki

層状ポリジアセチレンとドライリキッドの複合による高感度摩擦力センサの作製

使用层状聚二乙炔和干燥液体的复合材料制造高灵敏度摩擦力传感器

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
米田華子;三輪洋平;大矢健人;中村勇登;沓水祥一;塩田菜乃　今井宏明　藤井秀司　緒明佑哉
通讯作者：
塩田菜乃　今井宏明　藤井秀司　緒明佑哉

A Highly Sensitive Friction-Imaging Device Based on Cascading Stimuli Responsiveness

基于级联刺激响应的高灵敏度摩擦成像装置

DOI：
10.1039/d3mh00188a
发表时间：
2023
期刊：
Materials Horizons
影响因子：
13.3
作者：
Nano Shioda;Ryotaro Kobayashi;Seiichiro Katsura;Hiroaki Imai;Syuji Fujii;Yuya Oaki
通讯作者：
Yuya Oaki